Paleoceanografia - Paleoceanography

Para a revista, consulte Paleoceanografia (revista) .

Paleoceanografia é o estudo da história dos oceanos no passado geológico no que diz respeito à circulação, química , biologia , geologia e padrões de sedimentação e produtividade biológica. Estudos paleoceanográficos usando modelos ambientais e diferentes proxies permitem que a comunidade científica avalie o papel dos processos oceânicos no clima global pela reconstrução do clima passado em vários intervalos. A pesquisa paleoceanográfica também está intimamente ligada à paleoclimatologia .

Fonte e métodos de informação

A paleoceanografia usa os chamados métodos proxy como forma de inferir informações sobre o estado anterior e a evolução dos oceanos do mundo. Várias ferramentas de proxy geoquímico incluem moléculas orgânicas de cadeia longa (por exemplo, alquenonas ), isótopos estáveis ​​e radioativos e metais traço. Além disso, os núcleos de sedimentos também podem ser úteis; o campo da paleoceanografia está intimamente relacionado à sedimentologia e à paleontologia .

Temperatura da superfície do mar

Os registros da temperatura da superfície do mar (SST) podem ser extraídos de núcleos de sedimentos do fundo do mar usando razões de isótopos de oxigênio e a razão de magnésio para cálcio (Mg / Ca) nas secreções de conchas do plâncton, de moléculas orgânicas de cadeia longa, como alcenona, de corais tropicais próximos à superfície do mar e de conchas de moluscos.

As razões de isótopos de oxigênio (δ 18 O) são úteis na reconstrução de SST por causa da influência da temperatura na razão de isótopos. O plâncton consome oxigênio na construção de suas conchas e será menos enriquecido em δ 18 O quando formado em águas mais quentes, desde que estejam em equilíbrio termodinâmico com a água do mar. Quando essas conchas precipitam, elas afundam e formam sedimentos no fundo do oceano cujo δ 18 O pode ser usado para inferir SSTs anteriores. As razões de isótopos de oxigênio não são substitutos perfeitos, entretanto. O volume de gelo preso nos mantos de gelo continentais pode ter um impacto de δ 18 O. A água doce caracterizada por valores mais baixos de δ 18 O fica presa nos mantos de gelo continentais, de modo que durante os períodos glaciais a água do mar δ 18 O é elevada e as conchas de calcita formado durante esses tempos terá um valor δ 18 O maior .

A substituição de magnésio no lugar de cálcio em cascas de CaCO 3 pode ser usada como um substituto para o SST em que as cascas se formaram. As razões Mg / Ca têm vários outros fatores que influenciam além da temperatura, como efeitos vitais, limpeza da casca e efeitos de dissolução pós-morte e pós-deposição, para citar alguns. Outras influências à parte, as razões Mg / Ca quantificaram com sucesso o resfriamento tropical ocorrido durante o último período glacial.

As alcenonas são moléculas orgânicas complexas de cadeia longa, produzidas por algas fotossintéticas. Eles são sensíveis à temperatura e podem ser extraídos de sedimentos marinhos. O uso de alcenonas representa uma relação mais direta entre SST e algas e não depende do conhecimento das relações termodinâmicas bióticas e físico-químicas necessárias nos estudos de CaCO 3 . Outra vantagem do uso de alcenonas é que é um produto da fotossíntese e necessita de formação à luz do sol das camadas superficiais superiores. Como tal, ele grava melhor o SST próximo à superfície.

Temperatura da água de fundo

O proxy mais comumente usado para inferir a história da temperatura do mar profundo são as razões Mg / Ca em foraminíferos bentônicos e ostracodes . As temperaturas inferidas das razões Mg / Ca confirmaram um resfriamento de até 3 ° C do oceano profundo durante os períodos glaciais do final do Pleistoceno. Um estudo notável é o de Lear et al. [2002] que trabalharam para calibrar a temperatura da água do fundo para razões Mg / Ca em 9 locais cobrindo uma variedade de profundidades de até seis foraminíferos bentônicos diferentes (dependendo do local). Os autores encontraram uma equação que calibra a temperatura da água do fundo das razões Mg / Ca que assume uma forma exponencial:

onde Mg / Ca é a razão Mg / Ca encontrada nos foraminíferos bentônicos e BWT é a temperatura da água do fundo.

Registros de sedimentos

Os registros de sedimentos podem nos dizer muito sobre nosso passado e ajudar a fazer inferências para o futuro. Embora esta área da Paleoceanografia não seja nada nova, com algumas pesquisas que remontam aos anos 1930 e anteriores. A pesquisa reconstrutiva em escala de tempo moderna avançou usando métodos de varredura de núcleos de sedimentos. Esses métodos permitiram pesquisas semelhantes às conduzidas com registros de amostras de gelo na Antártica. Esses registros podem informar sobre a abundância relativa de organismos presentes em um determinado momento usando métodos de paleoprodutividade, como medir a abundância total de diatomáceas. Os registros também podem informar sobre padrões climáticos históricos e circulação oceânica, como Deschamps et al. descrito com sua pesquisa em registros de sedimentos das margens de Chukchi-Alaskan e de Beaufort canadense.

Salinidade

A salinidade é uma quantidade mais desafiadora de inferir a partir de paleorregistros. O excesso de deutério nos registros centrais pode fornecer uma inferência melhor da salinidade da superfície do mar do que os isótopos de oxigênio, e certas espécies, como as diatomáceas, podem fornecer um registro de salinidade semiquantitativo devido às abundâncias relativas de diatomáceas que são limitadas a certos regimes de salinidade. Houve mudanças no ciclo global da água e no equilíbrio de salinidade dos oceanos com o Atlântico Norte e se tornando mais salinos e os oceanos subtropicais Índico e Pacífico cada vez menos. Com as mudanças no ciclo da água, também houve variações com a distribuição vertical de sal e haloclinos. Grandes incursões de água doce e alteração da salinidade também podem contribuir para a redução da extensão do gelo marinho.

Circulação oceânica

Vários métodos proxy foram usados ​​para inferir a circulação oceânica passada e suas mudanças. Eles incluem razões de isótopos de carbono , razões cádmio / cálcio (Cd / Ca), isótopos de protactínio / tório ( 231 Pa e 230 Th), atividade de radiocarbono (δ 14 C), isótopos de neodímio ( 143 Nd e 144 Nd) e lodo classificável ( fração de sedimentos do fundo do mar entre 10 e 63 μm). Isótopos de carbono e proxies de proporção cádmio / cálcio são usados ​​porque a variabilidade em suas proporções se deve em parte às mudanças na química das águas profundas, que por sua vez está relacionada à fonte de formação de águas profundas. Essas proporções, no entanto, são influenciadas por processos biológicos, ecológicos e geoquímicos que complicam as inferências de circulação.

Todos os proxies incluídos são úteis para inferir o comportamento da circulação invertida meridional . Por exemplo, McManus et al. [2004] usaram isótopos de protactínio / tório ( 231 Pa e 230 Th) para mostrar que a Circulação de Virada Meridional do Atlântico havia sido quase (ou completamente) desligada durante o último período glacial. 231 Pa e 230 Th são ambos formados a partir do decaimento radioativo do urânio dissolvido na água do mar, com 231 Pa capaz de permanecer sustentado na coluna de água por mais de 230 Th: 231 Pa tem um tempo de residência ~ 100-200 anos enquanto 230 Th tem um ~ 20–40 anos. No Oceano Atlântico de hoje e na atual circulação virada, o transporte de 230 Th para o Oceano Antártico é mínimo devido ao seu curto tempo de residência, e o transporte de 231 Pa é alto. Isso resulta em razões 231 Pa / 230 Th relativamente baixas encontradas por McManus et al. [2004] em um núcleo em 33N 57W e uma profundidade de 4,5 km. Quando a circulação invertida é interrompida (como hipotetizado) durante os períodos glaciais, a razão 231 Pa / 230 Th torna-se elevada devido à falta de remoção de 231 Pa para o Oceano Antártico. McManus et al. [2004] também observaram um pequeno aumento na razão 231 Pa / 230 Th durante o evento Younger Dryas , outro período na história do clima que se acredita ter experimentado um enfraquecimento da circulação reversa.

Acidez, pH e alcalinidade

As razões de isótopos de boro (δ 11 B) podem ser usadas para inferir mudanças nas escalas de tempo recentes e milenares na acidez, pH e alcalinidade do oceano, que são principalmente forçadas pelas concentrações atmosféricas de CO 2 e concentração de íons de bicarbonato no oceano . δ 11 B foi identificado em corais do sudoeste do Pacífico para variar com o pH do oceano e mostra que as variabilidades climáticas, como a oscilação decadal do Pacífico (PDO), podem modular o impacto da acidificação do oceano devido ao aumento das concentrações atmosféricas de CO 2 . Outra aplicação de δ 11 B em conchas de plâncton pode ser usada como um substituto indireto para as concentrações atmosféricas de CO 2 nos últimos milhões de anos.

Veja também

Referências

links externos