MUDANÇAS NA PALEOPRODUTIVIDADE DA REGIÃO DE CABO FRIO DURANTE OS ÚLTIMOS ANOS CAL AP

MUDANÇAS NA PALEOPRODUTIVIDADE DA REGIÃO DE CABO FRIO DURANTE OS ÚLTIMOS 4.000 ANOS CAL AP

Michelle M. Andrade ¹ ; Ana Luiza S Albuquerque ¹ ; Débora Dezidério ¹ ; Alice Cruz C. Silva ¹ ; Abdelfettah Sifeddine ² ; Bruno Jean Turcq ^1,2 ;.Emmanoel V. Silva Filho ¹

1 Universidade Federal Fluminense (andrademm@ig.com.br); ² Institut de Recherche pour le Développement – IRD/França

Abstract

The upwelling in Cabo Frio coastal shelf is seasonally controlled by NE trade winds. This phenomenon is linked with the enhancement of primary productivity in the region due to the increase nutrients. We used sediments from Cabo Frio coast shelf as a recorder of productivity changes during the last 4.000 cal yr BP. A 268cm-long core was drilled using a gravity corer.

Sediments lithology was descripted and sub-sampled each centimeter. The radiocarbon chronology was performed from 7 samples of organic matter. Total organic carbon (TOC) fluxes, palinofacies analyses, biogenic barium (Ba bio ) and uranium fluxes were used as multi-proxies to reconstruct the changes in productivity. The results showed that the periods between 4.000 - 3.500, 3.500 - 2.900, 2.400 - 1.700 and 1.400 - 900 cal years BP were marked by stronger productivity, probably linked to upwelling enforcement. In the other hand, the periods between 2.900 - 2.400, and 1.700 - 1400 cal years BP showed decrease in the TOC and Ba bio fluxes that marked lower productivity, suggesting a weaker upwelling phases.

Palavras-chave: Paleoprodutividade, Ressurgência, Cabo Frio.

Introdução

A ressurgência de Cabo Frio é caracterizada, sazonalmente, pelo afloramento da Água Central do Atlântico Sul (ACAS) entre setembro e março (Valentin, 1994). Dentre os fatores determinantes deste mecanismo estão a inclinação na linha de costa; a intensificação dos ventos alíseos de NE, que deslocam Corrente do Brasil (CB) para longe da costa; e a presença de vórtices na CB, os quais causam certa instabilidade (Campos et al., 2000; Silveira et al., 2000). Já entre abril e agosto, os ventos alíseos tornam-se enfraquecidos, e ocorre o aumento na freqüência da passagem de frentes frias (Martin et al., 1993), responsáveis pela mudança na direção dos ventos, de NE para SW. Desta forma, a CB se aproxima

novamente da costa, ocorrendo então a subsidência da ACAS. Eventos alternados de ressurgência e subsidência da ACAS determinam períodos de maior e menor produtividade, na região de Cabo Frio, de acordo com a intensidade e a freqüência destas ocorrências. Deste modo, o comportamento da paleoprodutividade, na região da plataforma continental de Cabo Frio pode ser acompanhado através dos registros nos sedimentos de fundo.

Indicadores orgânicos e inorgânicos, tais

como os fluxos de carbono orgânico total

(COT) e de bário bigênico (Ba bio ) são

associados com a produtividade, e têm sido

largamente utilizados em áreas de

ressurgência (Robin et al, 2003; Schenau et

al, 2001; McManus et al, 1998; Dymond &

Collier, 1996). Além disso, a metodologia de palinofácies, permite diferenciar a origem da matéria orgânica depositada, ou seja, terrígena ou marinha (Durand, 1980). As condições óxicas ou subóxicas, as quais este material orgânico foi submetido pode ser inferido através do fluxo de urânio (McManus et al, 1998; Martinez et al., 1996).

Assim, o objetivo deste estudo foi traçar o comportamento da paleoprodutividade entre 4.000 e 900 anos cal AP, utilizando “multi- proxies” orgânicos e inorgânicos.

Área de Estudo

A plataforma continental externa de Cabo Frio sofre influência direta do fenômeno da ressurgência. Além disso, a característica lamosa dos sedimentos de fundo também contribuiu na escolha desta área para a reconstrução da ressurgência e da paleoprodutividade ao longo do Holoceno (Figura 1).

Fig. 1. Área de estudo mostrando a região da plataforma continental externa.

Metodologia

Em agosto de 2002, durante uma campanha do Navio Oceanográfico Astrogaroupa (cedido pela Petrobrás) foi retirado, com auxílio de gravity-corer, um perfil de 268cm de comprimento, submerso em uma coluna d’

água de 115m. O perfil CF02-01B estava situado a 23º11’ S e 41º47’ W. No Laboratório de Estudos Paleoambientais, do Dept° de Geoquímica/UFF foram realizados os procedimentos de abertura e sub amostragem do perfil. Para informações sobre a geocronologia foram selecionadas sete amostras, de acordo com as mudanças de densidade identificadas ao longo do perfil. A geocronologia foi realizada sobre a matéria orgânica pelo método ¹⁴ C (AMS). As idades convencionais foram convertidas em idades calibradas utilizando-se o programa Calib Radiocarbon Calibration 5.0.1 (Stuiver et al., 2005). O conteúdo de carbono orgânico foi realizado em amostras descarbonotadas (HCl 1N), utilizando analisador CHNS, no Laboratório de “Formations Superficielles”

do IRD-França. A petrografia orgânica ou palinofácies seguiu metodologia utilizada por Durand (1980), em que a matéria orgânica refratária remanescente foi isolada através de ataques ácidos. Deste material foram confeccionadas lâminas permanentes para a identificação e quantificação dos fragmentos orgânicos presentes. Neste estudos foram considerados os aspectos morfológicos dos elementos (amorfo e figurado), seguindo a classificação da Amsterdam Palynological Organic Matter Classification (Traverse, 1994). A quantificação destas frações foi feita a partir de microscópio óptico, sob magnificação de 400X, com ocular quadriculada acoplada. Os teores de Ba, U e Sc foram obtidos através da análise de ativação neutrônica, realizadas no IPEN- CENEN/SP (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares), SP. No entanto, para o cálculo do Ba bio foi utilizado os teores de Sc, como normalizador do aporte continental. Este cálculo foi baseado na fórmula abaixo:

Ba bio i = Ba total i – (Sc i x mín Ba/Sc)

Onde:

Ba bio i = bário biogênico para uma amostra

Ba total i = bário biogênico total de uma amostra

Sc i = escândio da amostra

mín Ba/ Sc i = valor mínimo encontrado para a razão Ba/Sc

Resultados e Discussões Estratigrafia e Geocronologia

O testemunho estudado (CF02-01B) apresentou textura argilosa homogênea e de coloração verde oliva escuro (5Y 4/2), de acordo com a Carta de Munsell (Figura 2).

Fig. 2. Representação esquemática do perfil CF02-01B indicando a interpolação das idades calibradas.

Prof. Idade cal.

(cm) (anos cal AP)

A interpolação das idades calibradas (Tabela 1), obtidas pela equação da curva de calibração (Figura 3), mostrou que o perfil cobre o período de 4.000 a 920 anos cal AP, aproximadamente. Assumiu-se uma taxa de sedimentação constante, em torno de 0,09 cm.ano ^-1 para o período estudado.

Tab. 1. Idades radiocarbônicas e calibradas do testemunho CF02-01B.

Código Prof. Idade

C Idade cal.

AA58015 48 cm 2147 +/-32 BP 1710 cal AP AA58016 70 cm 2080 +/-32 BP 1630 cal AP AA58017 124 cm 2574 +/-33 BP 2275 cal AP AA58018 169 cm 2956 +/-34 BP 2725 cal AP AA58019 181 cm 3107 +/-34 BP 2855 cal AP AA58020 200 cm 3261 +/-39 BP 3055 cal AP Beta179275 259 cm 4100 +/-40 BP 4132 cal AP

Fig. 3. Modelo geocronológico do perfil CF 02-02B com base nas idades calibradas.

CF 02-01B

y = 11,356x + 920,99 R

= 0,9576 0

1000 2000 3000 4000

0 50 100 150 200 250

Indicadores orgânicos

O acúmulo de carbono nos sedimentos pode registrar mudanças na paleoprodutividade de uma região (Twichell et al., 2002).

Entretanto, este dado somente não é o bastante para determinar a origem da matéria orgânica presente (McKey, et al., 2004).

Desta forma, o método de palinofácies,

utilizado neste estudo, é uma importante

ferramenta para distinguir entre as fontes do

material orgânico terrígeno e a produção

autóctone (Durand, 1980). No aspecto geral,

apesar das oscilações, o fluxo de COT

mostrou seis principais mudanças de

comportamento, as quais podem ser

relacionadas com a origem da matéria

orgânica depositada (Figura 4). Entre 4.000 e

Argila orgânica

3.500 anos cal AP, os valores de COT mostram uma leve tendência de aumento. No entanto, a origem deste carbono parece estar relacionada com o aumento do aporte terrígeno, apesar da influência fluvial na região, atualmente, ser insignificante (André, 1990). Entretanto, um maior aporte terrígeno poderia ocorrer em conseqüência de um período climático regionalmente mais úmido.

Por outro lado, a partir de 3.500 até 2.900 anos cal AP os valores do fluxo de COT permaneceram altos, porém agora, relacionado à deposição de uma matéria orgânica de origem marinha (fração amorfa).

De acordo com Tyson (1993), a matéria orgânica amorfa marinha, em última instância, é derivada da degradação do fitoplâncton. Desta forma, este período de maior acúmulo de carbono autóctone, em grande parte, do fitoplâncton poderia estar relacionado a um fortalecimento da ressurgência na região de Cabo Frio. Nestes períodos de fortalecimento da ressurgência, os ventos NE se intensificam afastando a Corrente do Brasil (oligotrófica) da costa, permitindo a ascensão da ACAS (rica em nutrientes) até a superfície. Desta forma, os teores de nutrientes na coluna d’ água aumentam, causando um acréscimo da produtividade do sistema. Entre 2.900 e 2.400 anos cal AP, ocorre um decréscimo dos valores de COT, sugerindo uma ressurgência enfraquecida, ou seja, de menor produtividade. Além disso, os valores da fração da matéria orgânica terrígena apresentam-se mais elevados neste período.

Uma explicação para este acúmulo de material terrígeno nos sedimentos seria a característica refratária de seus produtos após a degradação. Ou seja, como a matéria orgânica continental é derivada de vegetais superiores, ricos em lignina (Huc, 1980), este material seria mais resistente à ação de

decompositores, do que o material de origem marinha, sendo degradado mais lentamente.

De 2.400 até 1.700 anos cal AP, o fluxo de COT apresenta, em média, os maiores valores do perfil, os quais correspondem a maior contribuição da matéria orgânica de origem marinha. Assim, pode-se apontar um período de fortalecimento da ressurgência, e conseqüentemente, de maior produtividade, em Cabo Frio. Entre 1.700 e 1400 anos cal AP ocorre um leve decréscimo nos valores do fluxo de COT, entretanto, a contribuição marinha se destaca, em relação à terrígena.

Por fim, entre 1.400 e 900 anos cal AP, os valores de carbono acumulado voltam a aumentar, com o simultâneo aumento do aporte marinho, evidenciando novo período de fortalecimento da ressurgência.

Indicadores inorgânicos

Sedimentos submetidos à águas superficiais produtivas são ricos em bário (McKey et al., apud. Goldberg and Arrhenius, 1958; Dehairs et al., 1980, 1992). Desta forma, este elemento é diretamente proporcional à produtividade do sistema (Dymond et al., 1992). Segundo Babu et al (2002), altos valores de Ba bio são encontrados em sedimentos submetidos à condições óxicas, enquanto o urânio acumula-se em baixas concentrações de oxigênio dissolvido. Desta forma é possível traçar o comportamento da paleoprodutividade, e o gradiente de oxigenação do ambiente. Em Cabo Frio, entre 4.000 e 900 anos cal AP, o comportamento do fluxo de Ba bio acompanhou o fluxo de COT (Figura 4). Em contra partida, uma diminuição déficit no fluxo de urânio indica ambientes submetidos à condições oxigenadas. Já nos períodos de menor produtividade, ocorre a diminuição de Ba bio

nos sedimentos, resultado de condições

subóxicas, as quais propiciam o acúmulo de

urânio. Deste modo, na região de Cabo Frio entre 4.000 e 900 anos cal AP, períodos em que a produtividade esteve maior foram marcados por um aumento na taxa de oxigenação, o qual pode estar relacionado com o mecanismo de suspensão da ACAS,

que naturalmente promoveria uma maior oxigenação da coluna d’água. Já os períodos de menor produtividade, as condições subóxicas na interface água-sedimento predominariam.

Fig. 4. Comportamento dos fluxos de COT, Ba bio e U, e das frações marinha e terrígena da matéria orgânica no perfil CF 02-01B da região de Cabo Frio.

Conclusões

A partir do comportamento do fluxo de COT, entre 4.000 e 900 anos cal AP, foi possível traçar a variabilidade da produtividade na região de Cabo Frio, a qual pode estar associada às frases de intensificação ou enfraquecimento da ressurgência. Os períodos de maior produtividade estariam entre: 4.000 - 3.500, 3.500 - 2.900, 2.400 - 1.700 e 1.400 e 900 anos cal AP. De uma forma geral, estas fases de alta produtividade estariam marcadas por um aumento no aporte marinho, o qual pode indicar o fortalecimento da ressurgência. Tal situação gera um aumento na taxa de oxigenação, mostrado

pelo o acúmulo de Ba bio e diminuição de urânio nos sedimentos. Por outro lado, os períodos entre 2.900 - 2.400 e 1.700 - 1400 anos cal AP mostraram uma menor produtividade. Esta situação, a qual pode estar relacionada ao enfraquecimento da ressurgência, produziria um ambiente subóxico na interface água-sedimento, associado ao registro de urânio no sedimento e a diminuição de Ba bio .

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Dissertação de Mestrado – Dept°

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Agradecimentos

Petrobrás - por ceder o Navio Astrogaroupa;

CAPES - pela bolsa de doutorado;

Convênio CNPq / IRD-França - Projeto PALEOTROPICA;

FAPERJ Processo E-26/170698/2004;

CNPq Processo 471117/2004-8.