PALEOPRODUTIVIDADE NO ATLÂNTICO SUL DURANTE O QUATERNÁRIO TARDIO

SBN 978-85-7193-343-9 Paleontologia: Cenários de Vida - Paleoclimas

PALEOPRODUTIVIDADE NO ATLÂNTICO SUL

DURANTE O QUATERNÁRIO TARDIO

PALEOPRODUCTIVITY IN THE SOUTH ATLANTIC DURING THE LATE QUATERNARY Leonhardt1 & Maria Alejandra Gómez Pivel2

Universidade Federal do Rio Grande, Instituto de Oceanografia, Núcleo de Oceanografia Geológica. Av. Itália, km 8, 96201-900, := xá Postal 474, Rio Grande, RS

:ontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Faculdade de Informática, Laboratório PaleoProspec. Av. Ipiranga 6681,

.-:519-900. Porto Alegre, RS

£-ails: adriana.leonhardt@yahoo.com.br, maria.pivel@pucrs.br

RESUMO

A produtividade é um importante parâmetro paleoceanográfico porque permite inferências sobre as condições atmosféricas, de circulação oceânica superficial e sobre o clima no passado. Uma das formas de estudá-la ao longo do Quaternário é através das assembleias de microfósseis contidas nos sedimentos, tais como cocolitoforídeos, foraminíferos planctônicos e bentônicos, diatomáceas e dinoflagelados. No Atlântico Sul, os principais locais de elevada produtividade são as áreas de ressurgência equatorial e costeira (margem leste). Durante o Quaternário, as mudanças da produtividade são direcionadas pela ciclicidade glacial/interglacial e pela insolação, devido à associada intensidade dos ventos.

Palavras-chave: ressurgência, ventos, insolação, Ultimo Máximo Glacial

ABSTRACT

Productivity is an important paleoceanographic parameter because it allows inferences about atmospheric conditions, surface ocean circulation and climate in the past. One way to study it throughout the Quaternary is through microfossil assemblages in the sediments, such as coccolithophorids, benthic and planktonic foraminifera, diatoms and dinoflagellates. In the South Atlantic, the main locations of high productivity are the áreas of equatorial and coastal upwelling (eastern margin). During the Quaternary, changes in productivity are driven by the glacial/interglacial cyclicity and the insolation, due to the associated intensity of the winds. Keywords: upwelling, winds, insolation, Last Glacial Maximum

1. INTRODUÇÃO

A produtividade varia em função das condições oceanográficas e atmosféricas, as quais Determinam a distribuição e abundância de nutrientes e a sua disponibilidade na zona eufótica. Desta rorma, o estudo das mudanças depaleoprodutividade fornece indícios sobre as variações oceanográficas í irmosféricas passadas como mudanças no regime de ventos e processos de ressurgência. Além disso,

oceânica tem um importante papel na modulação do fluxo de CO2 entre oceano e

quentemente, explica-se o menor teor de CO2 atmosférico durante os intervalos

por uma maior produtividade oceânica.

O final do Quaternário é um período particularmente importante de ser estudado, por ter palco de mudanças extremas, desde condições plenamente glaciais até o atual interglacial, por períodos de transição com mudanças climáticas abruptas.

Uma das principais formas de acessar a paleoprodutividade é através do estudo das assem: de microfósseis nos sedimentos. Aqui, descrevemos osproxies baseados nos principais grupos utilizaó» para esta finalidade.

Os cocolitoforídeos vivem na zona fótica dos oceanos e realizam fotossíntese, sendo que i disponibilidade de nutrientes se destaca dentre os vários fatores que afetam a distribuição das espécie A abundância relativa de Florisphaera profunda é um dos proxies mais conhecidos. Esta espécie, diferente das demais, habita a zona fótica inferior, onde há menos luz e mais nutrientes. Quando a nutriclina é profunda, a zona fótica inferior é rica em nutrientes (beneficiando F. profunda), enquar.t: a superior é pobre (prejudicando as demais espécies), e vice-versa. Por isso, Molfino 8c Mclntyre (1990) propuseram que o controle climático da profundidade da nutriclina pode ser monitorado ré.-variações de sua abundância relativa. Flores et ai. (2000) aprimoraram o proxy ao propor a "Razão N". a relação entre a abundância de espécies oportunistas (como Gephyrocapsa spp. e Emiliania huxley: • e a abundância de F. profunda somada às de espécies oportunistas.

As diatomáceas marinhas ocupam diversos nichos ecológicos, mas preferem águas frias e ricas em nutrientes, quando a disponibilidade de sílica não é limitante. A distribuição de espécies, em condições livres de gelo, depende desses dois parâmetros. Assim, por exemplo, Chaetoceros sp. ocorre em águas tropicais a polares, de alta produtividade; Fragilariopsis doliolus ocorre em águas tropicais a temperadas, de produtividade baixa a moderada; e Roperia tessalata vive em águas quentes, de produtividade baixa a moderada. Outro proxy é a ocorrência simultânea de esporos de resistência e de células vegetativas de Chaetoceros nos sedimentos. A alta razão esporos/células vegetativas indica alta produtividade seguida de escassez de nutrientes (Crosta & Koç, 2007).

Os dinoílagelados marinhos ocorrem do Equador às águas polares, e incluem organismos heterotróficos e autotróficos. Normalmente, é o cisto do dinoflagelado (rico em dinosporina) que se fossiliza, e não a célula vegetativa. São particularmente abundantes nas margens continentais, sendo importantes para as reconstituições costeiras, onde outros microfósseis são raros. Áreas altamente produtivas são dominadas pelos táxons heterotróficos, já que os autotróficos não conseguem competir com as diatomáceas. O táxon mais comumente usado para inferir a intensidade da ressurgência é o grupo heterotrófico dos Protoperidinium. A razão Protoperidiniaceae/Gonyaulacaceae é largamente usada com este intuito, tendo sido adaptada com a inclusão de outros géneros heterotróficos como Polykrikos ou Echinidinium (Vernal & Marrei, 2007).

Os foraminíferos planctônicos também são utilizados para inferir a produtividade. Embora na escala global a temperatura constitua o principal parâmetro determinante da distribuição e abundância de espécies, a influência da disponibilidade de nutrientes é particularmente importante em baixas latitudes (Ravelo ôc Andreasen, 1999). Uma abordagem relativamente simples é a análise da abundância relativa de espécies geralmente associadas a períodos de maior produtividade, tais como Neogloboquadrina dutertrei, Globorotalia truncatulinoides (dextrógira) e Globigerina bulloides. No

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entanto, a sazonalidade no registro de cada espécie deve ser levada em consideração (Hemleben etai., 1989), já que variações sazonais na dinâmica da camada de mistura e na produtividade podem causar fortes discordâncias na resposta entre espécies, dependendo da época em que estas se desenvolvem.

Além dos foraminíferos planctônicos, os ostracodes e foraminíferos bentônicos também podem ser utilizados para inferir mudanças passadas de produtividade, devido à dependência destes organismos ao fluxo de matéria orgânica oriundo da produtividade em superfície. No entanto, no caso dos foraminíferos bentônicos, a dependência do fluxo de matéria orgânica da superfície é relevante somente enquanto o oxigénio não constitui um fator limitante (van der Zwaan et ai., 1999). A composição da fauna de foraminíferos bentônicos também reflete mudanças na paleoprodutividade: de maneira geral, as espécies de hábito infaunal profundo são as mais adaptadas a fluxos intensos de carbono orgânico (Corliss, 1991). Vários táxons são considerados oportunistas e podem ser utilizados ?ara monitorar momentos de grande produtividade que levam a um aumento da chegada de fitodetritos ao fundo oceânico, como Alabaminella weddellensis, Epistominella exígua, E. pusilla, Fursenkoina spp. e Globocassidulina subglobosa (Jorissen et ai., 2007).

A paleoprodutividade também pode ser reconstruída a partir da análise química das carapaças de foraminíferos e outros organismos marinhos. Ao invés de se reconstruir a produtividade em si, pode-se estimar as variações passadas na disponibilidade de nutrientes. São exemplos de proxies reoquímicos: as razões Cd/Ca e Ba/Ca, a composição de isótopos de carbono (8UC) e o conteúdo de

;arbono orgânico nos sedimentos.

2. PADRÕES ATUAIS DE PRODUTIVIDADE NO ATLÂNTICO SUL

A produtividade biológica nos oceanos depende da abundância de nutrientes e luz. Uma vez -ue os nutrientes da zona eufótica são continuamente consumidos, a produção primária acaba sendo limitada. Para promover um aumento de produtividade, é necessário o aporte significativo e contínuo ir nutrientes na zona eufótica, seja através de processos de ressurgência ou por fertilização a partir da Drenagem continental (Figura 1). Bons exemplos do aporte de nutrientes da drenagem continental são i? plumas do Rio da Prata e do Congo (margem africana). As plumas costumam apresentar variação ozonai significativa como demonstram Mòller et ai. (2008) para o Prata e Dénamiel et ai. (2013) para : Congo.

Na região do Equador temos uma área de grande produtividade, onde ocorre a ressurgência rcuatorial. Quando os ventos alísios são mais fortes, a velocidade da Corrente Sul Equatorial é rotencializada. Este forte fluxo causa o "empilhamento" de águas no Atlântico Equatorial Oeste, .c", ando a uma nutriclina e termoclina mais profundas. Ao contrário, no Atlântico Equatorial Leste, i ação dos ventos alísios de nordeste e de sudeste causa uma divergência das águas superficiais e uma ;: nsequente elevação da termoclina, levando a uma alta produtividade (Peterson &, Stramma, 1991). Na margem continental sudeste brasileira, se observam dois tipos de ressurgência (Palma & Matano, 2009): um costeiro, próximo a Cabo Frio, que se intensifica no verão devido à ação dos ventos ;e nordeste e um geostrófico, de quebra de plataforma, que atua o ano inteiro. Embora seja importante .• calmente, a ressurgência da margem sudeste é modesta em comparação com a ressurgência que ocorre mais ao sul, ao longo da margem da Patagônia e ao sistema de ressurgência de Benguela, no Atlântico

Sul oriental. A ressurgência de Benguela resulta da ação dos ventos paralelos à costa, na direção d: equador. Por outro lado, a ressurgência ao longo da margem da Patagônia não tem relação com oí ventos, ocorrendo ao longo da quebra da plataforma devido à interação da corrente descendente dif Malvinas (corrente com um fluxo de massa na camada limite de fundo talude abaixo) com o talude (Matano &. Palma, 2008). O impacto da ressurgência da Patagônia no ecossistema marinho se estende muito além da região da quebra de plataforma e faz com que a porção subpolar do Atlântico Sul se:i

a região mais produtiva de todo o oceano Austral (Matano et ai., 2010).

20o

-

40°S-Contra Corrente Norte Equatorial

60°W 40° 20° 0° 20°E

Figura 1. Representação esquemática da circulação superficial do Atlântico Sul (Peterson & Stramma, 1991) e da distribuição de clorofila-a como indicadora de produtividade (Dasgupta et ai., 2009).

3. PALEOPRODUTIVIDADE NO ATLÂNTICO SUDESTE

Diversos trabalhos realizados na zona de ressurgência equatorial leste mostram a relação entre a produtividade e as mudanças na intensidade dos ventos alísios. A produtividade é maior quando os ventos de nordeste são intensificados, estimulando a ressurgência; essa relação já foi descrita para até 700 ka (Dupont et ai., 1998 - esporomorfos e dinoflagelados). Em geral, os intervalos frios são mais produtivos, enquanto os intervalos quentes são menos produtivos (Schneider et aL, 1994 - isótopos de carbono em foraminíferos planctônicos e carbono orgânico nos sedimentos; Hõll et a!., 1999; Hóll etai., 2000; Hõll & Kemle-von Múcke, 2000 - dinoflagelados e carbono orgânico nos sedimentos; Stabell, 1986 - diatomáceas; Flores et ai., 2000 - cocolitoforídeos).

Além da ciclicidade glacial/interglacial, a relação entre a intensidade dos ventos alísios e a insolação ocorre dominantemente associada ao ciclo de precessão da Terra (período de 23 ka) (Hõll &.

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Kemle-von Múcke, 2000; Schneider et ai., 1994). Este padrão deriva de mudanças na intensidade do sistema africano das monções de sudoeste, que por sua vez é direcionada pelo aquecimento continental da África. Sempre que a distância Terra-Sol é máxima no verão boreal, a insolação sobre a África Setentrional e Central se reduz, forçando uma diminuição da intensidade da monção. Como os ventos alísios mais fortes ocorrem quando os ventos das monções são mais fracos, a ressurgência equatorial é aumentada quando a insolação de verão no hemisfério norte é mínima. Por outro lado, sempre que a distância Terra-Sol é mínima durante o verão boreal, a insolação chega ao máximo no hemisfério norte, levando a fortes ventos de monção e uma subsequente redução da intensidade dos alísios.

Ao sul da região de ressurgência equatorial no Atlântico Sudeste, existe o sistema de ressurgência da Corrente de Benguela. A produtividade no norte deste sistema também é direcionada pelas mudanças na insolação nas baixas latitudes relacionadas à precessão, modificando o suprimento de nutrientes das águas intermediárias do oceano austral e a direção zonal dos ventos (Jahn et ai., 2003 - carbono orgânico total). Muitos autores apontam que não há uma relação direta entre flutuações da produtividade e a ciclicidade glacial/interglacial nesta região (Combes &cAbelmann,2007 - radiolários; Little et ai., 1997 - foraminíferos planctônicos; Summerhayes et ai., 1995 - dados micropaleontológicos e geoquímicos), embora a intensidade dos ventos alísios seja a principal influência sobre a intensidade da ressurgência. Ainda assim, vários autores caracterizam os intervalos glaciais, de forma geral, como mais produtivos (considerando até 750 ka). Os intervalos interglaciais são caracterizados pela diminuição da intensidade da ressurgência costeira e de uma redução da zona filamentosa associada (área mais afastada da costa) (Baumann ôcFreitag, 2004 - cocolitoforídeos). Em ambas, a intensidade da ressurgência é maior durante os máximos glaciais (quando os ventos alísios de sudeste são mais fortes) e durante os máximos precessionais (quando o sistema de monção é mais fraco) (West et

ai., 2004 foraminíferos planctônicos e carbono orgânico total; Schmiedl ôc Mackensen, 1997

-foraminíferos bentônicos; Summerhayes et ai., 1995). Outros autores atribuem intensa ressurgência aos Estágios Isotópicos Marinhos (EIMs) 3 e 2 relacionada a mudanças na Frente Angola-Benguela (Little et ai., 1997 - foraminíferos planctônicos). Porém, outros resultados apontam ressurgência mais intensa durante os EIMs 3 (glacial), 5 (interglacial) e 8 (glacial) e menos intensa durante os EIMs 2, 4 e 6 (glaciais) (Combes 8t Abelmann, 2007 - radiolários). Outros ainda apontam uma queda de produtividade durante o EIM 2, pois, apesar dos ventos fortes, a Água Profunda do Atlântico Norte passou a ser produzida em menores taxas e tornou-se menos densa, não fluindo abaixo da Água Intermediária Antártica; esta passou a ocorrer em profundidades maiores, não mais sendo a água de ressurgência (Schmiedl 8c Mackensen, 1997; Romero, 2010 - diatomáceas).

Na costa do sul da África, a produtividade também é maior em intervalos glaciais: a Frente Subantártica e a Zona de Convergência Subtropical migram para o norte, aumentando a mistura das águas e tornando a nutriclina mais rasa. Nos interglaciais, há uma maior influência da Corrente das Agulhas, que "vaza" águas aquecidas do Oceano Indico para o Atlântico, tornando as águas mais estratificadas (Flores et ai., 1999 - cocolitoforídeos e foraminíferos planctônicos; Flores et ai., 2003 - cocolitoforídeos).

4. PALEOPRODUTIVIDADE NO ATLÂNTICO SUDOESTE

O padrão de produtividade no Atlântico equatorial oeste é o oposto daquele observado no leste: ela é maior durante interglaciais e sub-estágios quentes de glaciais. Considerando as variações atuais da termoclina/nutriclina, a intensificação dos ventos zonais controlada pela insolação durante os estágios frios aumenta a produtividade no Atlântico Leste, mas provavelmente aprofunda a termoclina nutriclina no Atlântico Oeste. Consequentemente, a produtividade decresce na região (Rúhlemann et ai., 1996 - carbonato e carbono orgânico total; Hõll et ai., 1999; Hõll et ai., 2000 - carbono orgânico total e dinoflagelados) (Figura 2).

alísios de SE

Oeste

Período climático quente (insolação máxima)

Leste

alísios de SE

C

Período climático frio (insolação mínima)

Figura 2. Ilustração esquemática das causas dos padrões opostos de paleoprodutividade nas costas oeste e leste do Oceano Atlântico. Os números indicam a paleoprodutividade (acima) e as taxas de acumulação em g C cm"2 a"1 (abaixo)

(modificado de Hõll et ai., 1999).

Ainda são limitados os trabalhos que abordam a questão da paleoprodutividade no Quaternário tardio ao longo da margem continental brasileira. O Ultimo Máximo Glacial (UMG) e a deglaciação são apontados como momentos de maior produtividade das últimas dezenas de milhares de anos. Na latitude de 20° S, em oceano aberto sob influência da Corrente do Brasil, a produtividade máxima foi atingida entre 14 - 6,5 mil anos. O aumento de nutrientes, responsável pelo aumento de produtividade, pode estar relacionado à chegada de material continental (oriundo da erosão de parte da plataforma exposta pela regressão marinha associada ao UMG). Com isso, a produtividade aumenta no fim de glaciais/início de interglaciais, havendo uma defasagem entre causa (regressão marinha) e efeito (aumento da disponibilidade de nutrientes) (Leonhardt, 2011 - cocolitoforídeos).

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Na região de Cabo Frio (22° S), a ressurgência é gerada pelos ventos de nordeste que, no Holoceno médio, passaram a ser intensificados a partir de 2,4 ka. Fases prolongadas de ressurgência também são geradas por rortes eventos E/Nino,c(ue eram frequentes entre 3,6-2,9 ka e entre 2,4-1,8 ka, tornando-se muito frequentes a partir daí (Laslandes <?/«/., 2006 - diatomáceas e dados geoquímicos). Para o último milénio, dois intervalos de alta produtividade foram observados na região. Entre 950 e 1070 anos AD (Período Quente Medieval), percebe-se que há um maior transporte da Agua Central do Atlântico Sul (AÇAS) para a plataforma continental pela ressurgência. Entre 1500 e 1830 AD Pequena Idade do Gelo), a ressurgência da AÇAS torna a estimular a produtividade na região, impulsionada pelos ventos de nordeste com o deslocamento para o sul da Zona de Convergência Intertropical e da Alta Subtropical do Atlântico Sul (Souto et a/., 2011 - foraminíferos planctônicos, carbono orgânico total e razão C/N).

Ao sul de Cabo Frio (24° S), na região da quebra da plataforma, a maior produtividade oceânica pode ter sido produto do deslocamento para o largo da Corrente do Brasil, ocorrida quando o nível relativo do mar era mais baixo durante o UMG. No Holoceno, o deslocamento para a costa das águas quentes da Corrente do Brasil diminuiu a produtividade (Nagai et a/., 2010 - dados sedimentológicos e microfaunísticos). Em oceano aberto da mesma região, dados apontam que os períodos de maior produtividade teriam ocorrido logo após o pico do UMG, aproximadamente entre 21,5 e 18 ka e do início do Holoceno até aproximadamente S ka (Toledo eíal.,2007; Pivel et a/.,2011 - foraminíferos planctônicos).

Um pouco mais ao sul na margem continental brasileira, os ventos e a entrada de água doce no Atlântico são determinantes nas mudanças da produtividade. Na latitude de 25° S, um período de maior produtividade ocorreu entre 14-8 ka (Pivel et ai., 2011 - foraminíferos planctônicos) provavelmente iniciando como resposta à fertilização por águas do Rio da Prata. Este aporte estaria relacionado à intensificação da precipitação do Sistema de Monção da América do Sul (Pivel et ai., 2010). Passado este período, a maior produtividade do início do Holoceno estaria relacionada a uma intensificação da ressurgência, similar ao registrado para áreas mais ao norte. Ainda mais ao sul, a 26° S, a produtividade aumenta a partir de 3ka, quando as condições climáticas modernas e, especialmente, a influência da oluma do Rio da Prata se estabelecem (Mahiques et ai., 2009 — dados sedimentológicos e geoquímicos). Sabe-se hoje que a ressurgência pode resultar tanto da ação de ventos como da inter-relação entre as correntes e a morfologia de fundo (Palma Sc Matano, 2009). De fato, nas condições oceanográficas atuais, observa-se durante o verão uma ação combinada de ambos os tipos de ressurgência. O fato do nível do mar e, consequentemente, da configuração da costa terem mudado significativamente ao longo do último ciclo glacial-interglacial, dificulta a atribuição dos períodos de maior paleoprodutividade a um tipo ou outro de ressurgência. Somente através da combinação de dados proxies com estudos de modelagem é que os mecanismos por trás das mudanças observadas poderão ser realmente compreendidos.

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