Uma vez identificados os ciclos isotópicos (subseção 4.3), e realizada a caracterização da TSM (subseção 4.1) e do regime de chuvas de Rocas (subseção 4.2), pôde-se, finalmente, seguir para a etapa de investigação acerca da influência das informações ambientais aqui analisadas sobre a incorporação dos dados geoquímicos de Siderastrea stellata, conforme apresentado a seguir:
▪ Visão Geral – Razões Isotópicas e Elementares • Sr/Ca
As concentrações de Sr/Ca para a colônia S.stellata variaram de 9,00 a 9,47mmol/mol, uma média de 9,26mmol/mol (Figura 4.12), apresentando variância de 0,006 (n=294; número real de amostras, sem dados estimados pelo preenchimento de falhas). No gráfico da série temporal apresentado na Figura 4.12, é possível perceber seis períodos em que há diminuição abrupta na concentração de Sr/Ca, um indicativo de que esse animal passou por algum estresse ambiental. Esses períodos são respectivamente: 1962-63, 1968-69, 1976-80, 1991-92, 1998-01, 2009-13, e foram quase sempre seguidos de períodos de enriquecimento da sua concentração (e.g. 1964-65, 1970-71, 1980, 2006-08). Todos essas anomalias ocorreram durante fases em que o fenômeno ENOS havia se manifestado.
Como o aquecimento (resfriamento) anômalo das águas do Pacífico afeta diversas regiões no planeta, uma das principais respostas é o desenvolvimento de anomalias térmicas também no Atlântico, por meio do ramo descendente da circulação de Walker, que interliga as duas bacias oceânicas, influenciando na variabilidade do clima regional (MOURA; SHUKLA, 1981; ANDREOLI; KAYANO, 2007; MOURA et al.,2009; REBOITA; SANTOS, 2014).
A anomalia associada ao ano 1980 é especialmente interessante, pois apesar de ter sido um ano de condição de El Niño, este manifestou-se fracamente. E no Atlântico, o GradATL havia se desenvolvido em uma fase positiva (+1,42ºC) (Ver Figura 4.7, p. 57). Neste modo, as águas do ATN estão mais aquecidas que as do ATS (SERVAIN, 1991), e na região de Rocas anomalias negativas atingiram -1,035ºC durante o período em que a manifestação do GradATL é mais pronunciada.
Embora as maiores amplitudes negativas tenham ocorrido durante a manifestação do El Niño, o período de 1998-2001 foi marcado por sucessivas manifestações do fenômeno La Niña. De 1998 a 2000 eventos fortes, e 2000-2001 de intensidade fraca. Apesar de ter sido um período marcante desses eventos, no Atol das Rocas foram registradas anomalias positivas de TSM, relacionadas ao desenvolvimento do GradATL entre as bacias do Atlântico Norte e Sul. Esse resultado é particularmente interessante, pois mostra que Siderastrea stellata é uma espécie potencialmente importante para estudos paleoclimáticos.
• δ18O
A composição isotópica de oxigênio (δ18O) oscilou entre -4,15 e -3,21‰, apresentando média de -3,68 ± 0,01‰ (Figura 4.12), e variância de 0,03‰ (n=295; número real de amostras, sem dados estimados pelo preenchimento de falhas). Assim como a série de Sr/Ca, os valores de δ18O exibiram um leve sinal decadal, caracterizado por valores empobrecidos. Essa ciclicidade foi também observada por Oliveira (2012), para a mesma espécie no Atol das Rocas. A ciclicidade observada nos dados de δ18O e Sr/Ca apresenta correlação, apesar de fraca (r = -0,28 e r = -0,3 respectivamente), com a ocorrência do GradATL relatada por Mélice & Servain (2003), que varia em escalas interanual a decadal na bacia do Atlântico.
De acordo com Wainer et al., (2008), o sinal decadal do GradATL foi observado apenas entre as décadas de 1950 e 1990, período em que foi possível confrontar os dados geoquímicos aqui apresentados. No entanto, como foi apresentado na subseção 4.1 deste trabalho, muitas vezes o efeito do GradATL pode ser mascarado pela ocorrência de ENOS, assim como o contrário também é possível. Evangelista et al., (2018), sugeriram que o sinal decadal refletido em Sr/Ca é atribuído a mudanças no volume pluviométrico, que apresentou um sinal semelhante, esta relação será discutida mais adiante. Segundo os autores, as variações na precipitação seriam induzidas pelos modos de variabilidade oceânica, como: ENOS, Oscilação
do Atlântico Norte (NAO) e Oscilação Multidecadal do Atlântico (AMO), que na ocorrência de eventos anômalos alteram a composição isotópica da água do mar, e consequentemente, seria refletido na incorporação dos elementos no esqueleto coralíneo. Este comportamento é também associado a outros modos de variabilidade em outras regiões oceânicas (e.g. DENG et al.,2013; KRAWCZYK et al.,2020).
• δ13C
Os valores de δ13C variaram entre -1,92 e +0,46‰, com uma média de -0,82± 0,25‰, e variância de 0,18‰ (n= 292; número real de amostras, sem dados estimados pelo preenchimento de falhas) (Figura 4.12). O comportamento apresentado por este marcador, difere do padrão mais acentuado que foi observado nas séries de Sr/Ca e δ18O. Há variações elevadas em torno de 5 anos, tal comportamento dificultou a interpretação dos dados. Este problema é comum entre as pesquisas que envolvem esse isótopo, pois acredita-se que o δ13C incorporado por corais seja predominantemente influenciado pelos efeitos do fracionamento metabólico (HETZINGER,et al.,2016). Entretanto, é evidente que há uma tendência de redução das concentrações de δ13C ao longo do crescimento do esqueleto.
O esgotamento a longo prazo de δ13C nos registros de corais tem sido relatada em diversos estudos geoquímicos com animais marinhos que são dependentes de carbonato de cálcio para construção de suas carapaças ou esqueletos (e.g. QUINN et al.,1998; SWART et al., 2010; PEREIRA et al.,2018). Esta depleção nas concentrações do δ13C é consistente com o efeito antropogênico conhecido como Efeito Suess, em que a queima de combustíveis fósseis isotopicamente mais leves, diminuem as concentrações de 13C nos reservatórios de carbono (HETZINGER et al.,2016; PEREIRA et al.,2018).
▪ Correlação Sr/Ca, δ18O e δ13C
As três séries de dados geoquímicos apresentaram comportamento semelhante, evidenciado pelo grau de correlação apresentado na Tabela 4.7 e Figura 4.13. A semelhança entre Sr/Ca e δ13C apresentou uma forte correlação positiva (r = 0,71, p < 0,05), o que pode indicar uma influência inicial da atividade biológica de seus simbiontes no controle da incorporação do Sr/Ca (COHEN et al., 2002), similar ao que é sugerido na literatura para δ13C. Por outro lado, a correção entre o Sr/Ca e δ18O, ambos largamente utilizados como proxies
confiáveis para TSM, foi menor, porém, moderada (r = 0,60, p < 0,05). Esse resultado diverge do observado por Oliveira (2012), para a mesma espécie no Atol das Rocas, que não encontrou correlação entre os proxies (r = 0,10), contrário ao que é esperado, tendo em vista a boa correlação entre esses marcadores relatada em outros estudos (HETZINGER et al.,2016). Como o δ18O é também um marcador da variabilidade de SSS (WEBER; WOODHEAD, 1972; COLE et al.,1993; CORRÈGE, 2006), é plausível considerar que este isótopo esteja sendo mais influenciado pelas flutuações de SSS induzidas pelo ciclo hidrológico ou por variações da circulação oceânica na região.
A correção moderada verificada entre δ13C e δ18O (r = 0,56, p< 0,05), está associada a ação do efeito cinético pela atividade fisiológica (fotossíntese e respiração) (PEREIRA et al., 2015). Segundo McConnaughey (1989), essa correlação pode sugerir que há uma ligação funcional entre os dois isótopos em busca de um equilíbrio isotópico.
Tabela 4.7 – Matriz de correlação dos dados geoquímicos.
δ13C δ18O Sr/Ca
δ13C 1
δ18O 0,56 1
Sr/Ca 0,71 0,60 1
Figura 4.13 – Gráfico de dispersão dos dados apresentados na Tabela 3.4. Linha de tendência representada em vermelho, e intervalo de confiança de 0,95 pela área sombreada.
▪ Siderastrea stellata versus Dados Ambientais ➢ Siderastrea stellata versus TSM
Devido à baixa taxa de crescimento apresentada pela colônia de S. stellata, 2,90 mm/ano, o número de amostras por ano não foi regular, variando desde 3 até 7 amostragens/ano, o que dificultava uma análise com resoluções maiores, mais precisas e padronizadas. Sendo assim, as análises das séries dos dados aqui apresentados, seguiu uma abordagem de análise dos extremos, metodologia esta, que proporcionaria uma resolução máxima de comparação com os períodos climáticos mais expressivos no NEB.
Para comparação com os ciclos isotópicos, os valores de máximo/mínimo foram confrontados com a média dos 3 meses de valores extremos dos dados ambientais aqui analisados (Figura 4.14). Esta aplicação dos valores máximos e mínimos de Sr/Ca e δ18O de cada ciclo anual serem atribuídos aos valores mínimos e máximos de TSM do ano correspondente, deve-se a relação inversa desses marcadores com a temperatura, que é amplamente relatada na literatura. Seguindo os resultados acerca da variabilidade ambiental, o ciclo anual da TSM e Precipitação apresentam o mesmo período para valores extremos no Atol das Rocas, máximas ocorrendo em: Maio-Abril-Maio (MAM), e mínimas em: Setembro- Outubro-Novembro (SON) (Gráfico a, Figura 4.15).
A existência dessa ciclicidade aparece também nos dados de Sr/Ca e δ18O desta colônia, e apresentam uma boa correlação através dessa abordagem com as TSM trimestrais (r = -0,67 e r = -0,69 respectivamente, n=107) (Gráfico b, Figura 4.15).
Figura 4.14 – Comparação dos dados de Sr/Ca e δ18O (Linhas Pretas) com os dados de TSM reconstruída para o Atol das Rocas (apenas para valores extremos anuais representados pelos símbolos vermelhos).
Figura 4.15 – (a) Climatologia de TSM e Precipitação do Atol das Rocas; (b) Matriz de correlação dos valores extremos de Sr/Ca, δ18O e TSM; (c) Regressão Linear de mínimos quadrados da razão Sr/Ca vs TSM (valores máximos e mínimos) com intervalo de confiança de 0,95; (d) Regressão Linear de mínimos quadrados de δ18O vs TSM (valores máximos e mínimos) com intervalo de confiança de 0,95.
Fonte: Elaborado pela autora, 2020.
a)
b)
c)
Os gráficos de dispersão da Figura 4.15c e 4.15d são derivados da comparação dos dados extremos da Figura 4.14, que resultaram nas seguintes equações de regressão para dependência da temperatura de Sr/Ca (r = -0,67) e δ18O (r = -0,69) para a colônia Siderastrea stellata:
Sr/Ca (mmol/mol) = -0,0692 xTSM (ºC) + 11,151 (1) δ 18O (‰) = -0,1598 xTSM (ºC) + 0,6897 (2)
Utilizando dados de Sr/Ca da mesma espécie para o Atol das Rocas, Evangelista et al., (2018) chegaram a equação (3), com r = -0,63; n= 30; p = 0,00017. Ambos os resultados indicam o potencial de S. stelatta como preditor da variabilidade de TSM para o Atlântico.
Sr/Ca (mmol/mol) = -0,0314 xTSM (ºC) + 9,8304 (3)
A figura 4.14 também evidencia uma discrepância significativa em muitos pontos nos dados de TSM em relação aos dados de Sr/Ca e δ18O. Esta disparidade pode estar associada ao banco de dados utilizado neste trabalho ser proveniente de dados reconstruídos (ERSST- NOAA), com resolução espacial muito grande (2º x 2º), se comparado com o tamanho do Atol das Rocas, e podem não captar a variabilidade dos processos climáticos em nível local. Os principais trabalhos que utilizam dados de corais em reconstruções paleoambientais, fazem o uso de dados de monitoramento in situ, o que favorece o desenvolvimento de calibrações robustas para dados geoquímicos. Isso reflete a necessidade de um monitoramento in situ da área de estudo para que as correlações sejam melhor representadas.
➢ Siderastrea stellata versus Precipitação
Para as análises da variabilidade dos dados geoquímicos com precipitação, o período de dados geoquímicos foi limitado ao intervalo de tempo entre 1980-2013, devido à ausência de dados ambientais antes desse período.
Os resultados da comparação do conteúdo de Sr/Ca e δ18O com a precipitação são exibidos na figura 4.16. O comportamento do teor de Sr/Ca e δ18O é inversamente proporcional as variações de TSM e precipitação. Esses dois parâmetros ambientais são diretamente afetados pela ocorrência de fenômenos oceano-atmosféricos, tais como o ENSO do Oceâno Pacífico, e o GradATL da bacia Atlântica. O GradATL, em especial, regula o posicionamento do principal
sistema meteorológico que influência na determinação dos regimes de precipitação do NEB, a ZCIT (KAYANO, et al.,2018).
Figura 4.16 – Comportamento das concentrações de Sr/Ca e δ18O em relação a TSM e Precipitação. Os Triângulos indicam a média das máximas e mínimas da TSM e Precipitação referentes ao período chuvoso e seco. Linha central pontilhada marca a média dos dados em toda a série. Em evidência, gráfico da Precipitação mensal acumulada no período de queda mais acentuada nas concentrações de δ18O.
Fonte: Elaborado pela autora, 2020.
De acordo com os resultados apresentados na seção 4.1, há uma predominância de anomalias negativas de TSM até o final da década de 1990 em Rocas, as maiores concentrações de Sr/Ca e δ18O também ocorreram neste período.
A Razão Sr/Ca é principalmente governada pelas mudanças da TSM, motivo pela qual essa razão elementar é tão amplamente utilizada em reconstuções Paleoclimáticas (BECK et al.,1992; LE CORNEC; CORRÈGE, 1997). Águas mais aquecidas (frias) causam um empobrecimento (enriquecimento) da concentração incorporada desses elementos em organismos carbonáticos (GOODKIN, 2007; MITSUGUCHI et al., 2008; DELONG et al., 2011).
De 2002 a 2005, no gráfico de δ18O (Figura 4.16), chama atenção pela anomalia observada nos teores deste isótopo, que se mantem significativamente abaixo da média (-3,68‰) desde meados de 2001 por aproximadamente 4 anos. Neste mesmo intervalo, em todos os anos ocorreram sucessivos episódios de El Niño, que refletiram no regime pluviométrico da ilha, e por sua vez, justificam os valores de δ18O mais negativos. Durante esses eventos, o regime de chuvas do Atol apresentou uma diminuição no acumulado dos meses entre esses anos.
Gonçalves (2010), relatou que a incorporação desse isótopo pode ocorrer de forma defasada, no qual, períodos chuvosos no sul da Bahia, apresentaram interferência na agregação desse isótopo ao esqueleto de Mussismilia brazilensis, apenas com um ou dois meses de atraso. É possível que S. stellata tenha apresentado o mesmo comportamento. O efeito tardio seria uma explicação para o dessincronismo encontrado em alguns anos (e.g. 1988, 1990, 2011). Como a taxa de crescimento dessa colônia de S. stellata foi muito pequena (2,90 mm/ano; M.braziliensis = 7,3 mm/ano), é provável que a assimilação dos elementos aqui discutidos apresente algum atraso.
As variações no ciclo hidrológico, em períodos de ENOS ou de formação do GradATL, também provocam alterações na incorporação do δ13C. Normalmente, em episódios de La Niña, a região NEB esperimenta períodos de alterações positivas no volume pluviométrico (MOURA; SHUKLA, 1981; HASTENRATH, 1984; SOPPA et al.,2011). Na geoquímica de corais, a ocorrência desse evento é observada principalmente nas concentrações de δ18O (Figura 4.16), no entanto, pode ser refletido na redução do δ13C (Figura 4.17), pois com a ocorrência de La Niña, há um aumento considerável na cobertura de nuvens, o que limita a atividade fotossintética realizada pelas zooxantelas,6 e como consequência, concentrações menores de δ13C são incorporadas ao esqueleto desses animais. Pereira et al.,(2018) relatam uma série de
6 Organismos unicelulares fotossintetizadores, que vivem em simbiose com os corais, e são responsáveis por fornecer sua principal fonte de energia, e conferir-lhes a cor.
fatores que podem desempenhar papéis significativos nas variações sazonais do coral δ13C, dentre elas: a profundidade da água em que o coral vive, nível heterotrófico, fracionamento cinético de isótopos, reprodução, branqueamento, mudanças no δ13C do DIC das águas superficiais, entre outras. Neste trabalho, o foco foi em associar este isótopo como proxy para cobertura de nuvens, relacionada a ocorrência de eventos extremos.
Na figura 4.17, o comportamento de empobrecimento do δ13C, é claramente observado ao longo do tempo. Levando em consideração a ocorrência de precipitação, como limitador de luminosidade, a julgar pela cobertura de nuvens limitar a atividade fotossintética das zooxantelas, o comportamento irregular da série de δ13C, tornou a interpretação dos dados complicada, pois não apresentou correlação significativa com as anomalias positivas de precipitação nos períodos de La Niña, ou quando eventualmente anomalias positivas de precipitação ocorreram em episódios de El Niño.
Figura 4.17 – Comportamento da série de δ13C em relação a Precipitação e TSM observada em Rocas. Os Triângulos indicam a média das máximas e mínimas da TSM e Precipitação referentes ao período chuvoso e seco. Série temporal em azul ( ), exibe a precipitação acumulada mensal de toda a série de dados.
Fonte: Elaborado pela autora, 2020.
No Atlântico, o GradATL durante sua fase negativa, induz o deslocamento meridional mais ao sul da ZCIT, sistema atmosférico caracterizado por uma faixa de nebulosidade que circunda a região equatorial. Ao deslocar-se, a ZCIT altera os padrões de atividade convectiva tanto no continente como nos oceanos, e pode atingir o Atol das Rocas em meados de abril,
época caracterizada por ser o período chuvoso da região. Utilizando o método de interpolação de Radiação de Ondas Longas, Evangelista et al., (2018) analisaram o deslocamento mensal da ZCIT em relação a região de Rocas para o período 1975 a 2013 (Figura 4.18), a fim de identificar quando a ZCIT chegou ao Atol e que pudesse apresentar alguma influência na variabilidade em dados de Sr/Ca de S. stellata. Segundo os autores, a ZCIT atinge/sombreia o atol por pelo menos 1 mês nos seguintes anos: 1975, 1977, 1978, 1981, 1984, 1985, 1986, 1987, 1989, 1991, 1992, 1994, 1995, 1996, 1999, 2002, 2003 e 2008.
Figura 4.18– Posicionamento mensal da ZCIT em relação ao Atol Rocas
Fonte: Evangelista et al.,2018.
Analisando os dados de δ13C, para verificar uma possível correlação com as anomalias de precipitação para os anos identificados pelos autores, resultou em nenhuma correlação entre os dados (r= 0,016, p< 0,05), assim como o observado pelos autores. Esta ausência de associação significativa é atribuída ao fato de que a ZCIT não ficar tempo suficiente sobre Rocas, para produzir qualquer mudança que seja mensurável no crescimento do coral.
Além dos fatores que podem influenciar a incorporação do δ13C apesentadas por Pereira et al.,(2018), é possível que a hipótese levantada por Evangelista et al., (2018), seja a resposta para a ausência de correlação entre o sombreamento associado a ZCIT e as flutuações de δ13C na região.
5 CONCLUSÕES
Este trabalho investigou a influência dos principais sistemas e fenômenos oceânico- atmosféricos que atuam na variabilidade climática na região do Atol das Rocas, sobre a incorporação de δ18O, δ13C e Sr/Ca mensurados a partir de uma colônia de coral endêmica e promissora para estudos geoquímicos, a Siderastrea stellata. Como a Rebio Atol das Rocas não possui uma política de monitoramento climático, a caracterização do comportamento da TSM e Precipitação apresentada neste trabalho, é um trabalho pioneiro, e que levanta a importância para políticas de monitoramento in situ em regiões remotas.
A análise do comportamento climatológico da TSM e Precipitação do Atol das Rocas mostrou que o recife está localizado em uma região marcada pela pouca variabilidade da TSM, com valores médios anuais de 27,28ºC, oscilando entre 25,55-29,55ºC em toda a série temporal. Os resultados apresentam um padrão bem definido de sazonalidade, com a TSM e regime pluviométrico seguindo o mesmo ciclo sazonal. O outono austral (MAM) caracteriza a estação chuvosa da ilha, onde os máximos pluviométricos correspondem a 63,7% da precipitação anual. É também nesta época que os máximos de TSM (> 28ºC) são alcançados. Em meados de setembro as TSM mínimas ganham destaque (> 25ºC), e a precipitação pode atingir uma média de 75,9 mm durante toda a estação seca (SON).
Com relação ao regime pluviométrico da ilha, os resultados exibem o sinal observado em trabalhos anteriores em escalas de tempo de menores que um ano (Kikuchi, 2002), porém com uma amplitude inferior. A precipitação é distribuída irregularmente ao longo do ano, e segue o padrão de deslocamento meridional da ZCIT. Apesar desse sistema demostrar ser a forçante reguladora principal do regime pluviométrico do Atol, a ocorrência de eventos extremos em períodos em que a ZCIT não está influenciando diretamente o clima local, sugere que outros sistemas podem estar contribuindo na formação de anomalias positivas de precipitação da ilha, de modo que a influência de sistemas de curta escala precisará ser estudada em trabalhos futuros.
A variabilidade climática nesta região, está associada aos processos advectivos de interação com a atmosfera, que controlam o deslocamento ZCIT no AT, e que está intimamente ligada ao GradATL entre as bacias do ATN e ATS, além de ser também influenciada remotamente pelas oscilações climáticas provocas pelo ENSO, que podem, quando associados ao GradATL, intensificar ou reduzir as anomalias causadas por esses mecanismos.
As ATSM observadas no Atol das Rocas, exibiram uma predominância de anomalias negativas em ambas as estações até o final da década de 1990. De modo geral, as TSM mais elevadas foram registradas em anos de EN, assim como as mais amenas em anos de LN. Durante o período desse estudo (1979-2013), vinte e três episódios de ENSO foram registrados no Oceano Pacífico Equatorial, e o comportamento das anomalias de precipitação em alguns episódios, mostraram-se discordantes com o padrão esperado como resposta à influência de EN ou LN no NEB, apresentando alguns episódios de EN (LN) chuvosos (secos), como sugerido por trabalhos anteriores.
Por outro lado, nos cenários em que as condições de ENSO ocorreram simultaneamente ao GradATL, os eventos combinados nos cenários favorável (LN/GradATL-) ou desfavorável (EN/GradATL+) à ocorrência de precipitação, mostraram-se consistentes com os padrões observados nos trabalhos de Andreoli & Kayano (2007) e Amorim (2016), com o cenário favorável (desfavorável) apresentando um volume considerável de anomalias positivas (negativas) de precipitação. Nos anos que as anomalias não seguiam o padrão observado, a variabilidade local influenciou as configurações inversas. Estes resultados também foram observados nos comportamentos anômalos dos cenários Neutros, EN/GradATL- e EN isolado. Esses resultados indicam que, o regime pluviométrico dessas regiões, embora apresente similaridades com o que é relatado na literatura a respeito dos efeitos de EN e LA nos regimes de precipitação do Brasil, é provável que outros fatores atmosféricos influenciem a nível local, provocando essas discordâncias nos acumulados de precipitação.
Como o objetivo deste trabalho é também descrever o comportamento da TSM em relação