Geleiras tropicais na América do Sul e as variações climáticas da Bacia Amazônica Ocidental

Abstract

Esta tese, baseada principalmente em técnicas de sensoriamento remoto, investigou as variações na superfície de geleiras situadas nos trópicos andinos bolivianos nas últimas décadas. Também tenta identificar qual a relação entre essas variações com controles climáticos na bacia Amazônica. Uma alternativa aos métodos tradicionais do monitoramento das geleiras é a integração dos dados de campo com dados de sensoriamento remoto. Dessa forma, foi desenvolvido um algoritmo semiautomático para a delimitação dos setores frontais de geleiras de montanha, que apresentou uma precisão de ± 73 m (Ribeiro et al., 2013a). As investigações das variações das frentes das geleiras de montanha aplicando essa metodologia devem ficar restritas às médias de retração para períodos longos (escalas decenais). Isto se deve aos erros inerentes da metodologia empregada serem maiores do que a própria retração quando aplicado a períodos curtos (escalas anuais). A história climática recente dos Andes Centrais boliviano foi estudada com dados do testemunho de gelo (taxas de acumulação anual líquida) e de sensoriamento remoto (variação na extensão de massas de gelo) do Nevado Illimani, Bolívia (67°44’W e 16°38’S). Foi identificada uma perda total de área de 9,49 km2 a partir de 1963 até 2009, isso representou uma diminuição de 35% de sua área (Ribeiro et al., 2013b). Essa redução foi menor entre 1963 e 1983 (12%). Após, essa diminuição foi constante até 2009 (26 anos), com uma perda de 26% em área. Um testemunho de gelo obtido nesse mesmo sítio apresentou uma acumulação anual líquida média de 0,76 m em equivalente d'água e uma tendência de queda para o período 1960–1999 (Ribeiro et al. 2013b). Após 1980, a diminuição da acumulação no testemunho de gelo é acompanhada pela intensificação da retração superficial da geleira. As reduções da massa de gelo e da taxa de acumulação líquida observadas nesse período provavelmente estão relacionadas com a maior frequência eintensidade dos eventos El Niño que ocorreram do final dos anos 1970 até o início dos anos 2000. Uma vez que tais eventos ocasionam aumento da temperatura do ar e diminuição das nuvens sobre os Andes Centrais. Após 1999 ocorreu aumento na taxa de acumulação na região de estudo, indiretamente demostrado por dados do testemunho de gelo de Quelccaya (16% acima da média do período anterior a 1999). Porém, isso não foi suficiente para a estabilização das dimensões das geleiras. Possivelmente, essa última fase de retração (pós 1999) esteve relacionada ao aumento da temperatura do ar e da altitude da isoterma anual de 0°C. Foi constatada que concomitantemente a um Atlântico tropical norte aquecido, o balanço de massa das geleiras bolivianas tornase mais negativo (Ribeiro et al., 2014). A variação da acumulação anual no sítio dos dois testemunhos de gelo (Illimani e Quelccaya) apresentou o seguinte padrão de variação: aumento entre 1960–1981; diminuição entre 1981–1999 e novamente aumento entre 1999–2009. Ao compararmos essas tendências gerais com as informações das estações meteorológicas da bacia amazônica, constatamos que eles são similares somente a aqueles do noroeste da região Amazônica, exemplificada pela estação meteorológica de Iauretê (00°37'S, 69°12'W) (Ribeiro et al., 2014). Essa é a região da Amazônia cuja variabilidade climática mostra a mais forte modulação pelo fenômeno ENSO, conforme Obregon e Nobre (2006) que a denominaram R1.

This thesis, based mainly on remote sensing techniques, investigates area variations over the past decades of glaciers located in the tropical Bolivian Andes. It also attempts to identify relations between glaciers variations with the Amazon basin climatic controls. Glaciers front positions monitoring by automatic analysis of satellite sensors data usually results in underestimation of glacier termini positions. Band ratios (e.g., near infrared to middle infrared) and normalized bands differences (e.g., normalized difference snow index e normalized digital vegetation index) are not able to identify debris-covered areas of glaciers. We developed a semi-automatic algorithm for delimiting frontal boundaries of Andean mountain glaciers using the China-Brazil Earth-Resources Satellite and Shuttle Radar Topography Mission data. This algorithm has a ±73 m horizontal precision for glacier surveys. Investigations on mountain glaciers front variations using our methodology should be restricted to long term (decanal) retreat averages. The recent climate history of the Bolivian Central Andes was studied using data from the ice core (net annual accumulation rates) and remote sensing (variation in the extension of ice masses) of Nevado Illimani, Bolivia (67°44'W, 16°38'S). Totally, there was 9.49-km² area loss from 1963 to 2009; this represented a 35% decrease in area (Ribeiro et al., 2013b). The reduction was smaller from 1963 to 1983 (12%). After, the glacier retreat was constant until 2009 (26 years) with a 26% area loss. An ice core obtained at the same site showed a mean annual net accumulation rate of 0.76 m a-1 in water equivalent, and a decreasing trend for the period 1960–1999 (Ribeiro et al., 2003b). When we divide the accumulation rate trend in two periods (1960–1981 and 1981–1999), the first shows a stable situation (mean 0.92 m a-1 in water equivalent), the second a decreasing trend (average 0.56 m a-1 in water equivalent). The comparison of area changes with the net accumulation rate at Nevado Illimani identified that the period of lowest glaciers shrinkage (1963–1983) coincided with the stabilization of accumulation rates in the ice core (Ribeiro et al., 2013b). After 1980, the accumulation reduction in the ice core was accompanied by glacier area shrinkage. These observed decreases are probably related to a higher frequency and intensity of El Niño events that occurred from late 1970s to early 2000s. Such events increase air temperature and decrease clouds cover over the Central Andes. After 1999 there was an increase in the accumulation rate in the study region, indirectly demonstrated by ice core data from Quelccaya (16% above the average for the period before 1999). However, this was not enough for the glaciers areas stabilization. Possibly, this latest retraction phase (post 1999) was related to air temperature and annual 0oC isotherm altitude increases. Concomitantly with a warm tropical North Atlantic, the mass balance of Bolivian Glacier becomes more negative (Ribeiro et al., 2014). The variation of the annual accumulation at the two ice cores site showed the following pattern of change: an increase from 1960 to 1981, a decrease from 1981 to 1999 and again an increase from 1999 to 2009. Comparing these general trends with information from Amazon basin weather stations, we found that they are similar only to those of the northwestern Amazon region, exemplified by the weather station Iauretê (00°37'S, 69°12'W). This is the region of the Amazon where the climatic variability shows the strongest modulation by the ENSO phenomenon, according to Obregon and Noble (2006) who called it R1.