Magnetismo ambiental de sedimentos do Oceano Atlântico sul durante o último período glacial-interglacial : implicações na paleoprodutividade primária

Abstract

Nos últimos 40 mil anos da história da Terra ocorreram eventos paleoclimáticos abruptos, como a transição glacial-interglacial, os eventos Heirinch e o Younger Dryas. O oceano Atlântico Sul desempenha um papel fundamental nestas mudanças de clima global, principalmente pela interligação dos oceanos Índico e Pacífico e pelas correntes oceânicas que modulam o clima mundial. Resultados de diversos estudos indicam que a paleoprodutividade oceânica é frequentemente modulada pelas oscilações naturais da órbita da Terra (ciclos de Milankovitch). Além disso, a circulação oceânica atua de forma importante a controlar a paleoprodutividade através da redistribuição de nutrientes e processos de ressurgência. No oceano Atlântico Sul, a célula de revolvimento meridional do Atlântico (AMOC), as águas da pluma do Rio da Prata, e a confluência Brasil-Malvinas, desempenham um papel central nas mudanças de paleotemperatura e paleoprodutividade. No entanto, os mecanismos que controlam estes fenômenos continuam sendo motivo de debate na literatura, principalmente na margem sul do Brasil pela falta de dados e estudos mais conclusivos. O magnetismo ambiental vêm sendo uma ferramenta largamente utilizada para se estudar dados de paleoclima e paleoceanografia porque as mudanças ambientais que ocorrem em larga escala podem ser identificadas através de mudanças nas propriedades magnéticas dos sedimentos. A descoberta das bactérias magnetotáticas abriu toda uma nova seção de estudo que é muito ligada à disponibilidade de nutrientes na coluna d’água não só para reprodução, mas também para processos de magnetização remanente biogeoquímicos. Neste trabalho realizamos análises de alta resolução de magnetismo ambiental e de microscopia eletrônica de transmissão (TEM) em um testemunho coletado na Bacia de Pelotas, sudoeste do oceano Atlântico, desde 40 mil anos até 5 mil anos. Estes resultados foram analisados em conjunto com dados de abundância relativa de foraminíferos planctônicos (Globigerina bulloides e Globigerinita glutinata) e dados geoquímicos (δ18O, δ13C e teor de CaCO3). Nossos resultados revelam uma variação cíclica da propriedade dos minerais magnéticos incluindo susceptibilidade magnética (χ), magnetização remanente anisterética (MRA), magnetização de saturação isotermal remanente (SIRM), a razão da susceptibilidade de MRA com o MRIS (χMRA/MRIS) em consonância com os dados geoquímicos. O período de ciclicidade é coincidente com o ciclo precessional da órbita da Terra. Nós sugerimos que o aumento da insolação causa crescimento no aporte de poeira eólica, promovendo a fertilização por ferro, micronutriente que costuma ser limitante para a produção primária. Isto, por sua vez, maximiza a paleoprodutividade oceânica e, consequentemente, o aumento da concentração de magnetofósseis. Esta é uma nova proposta para os estudos de paleoprodutividade primária nos oceanos, porém, muitos estudos precisam ser realizados, principalmente pela alta complexiidade que existe entre a disponibilidade de nutrientes e a magnetização dos sedimentos.

In the last 40,000 years of Earth's history there have been abrupt paleoclimatic events, such as the glacial-interglacial transition, Heirinch events and the Younger Dryas. The South Atlantic Ocean plays a key role in these global climate changes, mainly by the interconnection of the Indian and Pacific oceans and the ocean currents that modulate the global climate. Results from several studies indicate that ocean paleoproductivity is often modulated by the natural oscillations of Earth's orbit (Milankovitch cycles). In addition, ocean circulation acts in an important way to regulate paleoproductivity through the redistribution of nutrients and upwelling processes. In the South Atlantic Ocean, the Atlantic Meridional Overturning Cell (AMOC), the waters from the Plata River Plume, and the Brazil-Falklands confluence, play a central role in paleotemperature and paleoproductivity changes. However, the mechanisms that control these phenomena continue to be a subject of debate in the literature, especially on the southern Braziliam margin due to the lack of conclusive data and studies. Environmental magnetism has been a widely used tool to study paleoclimate and paleoceanography data because large-scale environmental changes can be identified through changes in the magnetic properties of sediments. The discovery of magnetotactic bacteria has opened a whole new branch of study that is closely linked to the availability of nutrients in the water column not only for reproduction, but also for biochemical remained magnetization processes. In this work we carried out high resolution analyses of environmental magnetism and transmission electron microscopy (TEM) in a sediment core retrieved in the Pelotas Basin, southwestern Atlantic Ocean, covering from 40,000 years to 5,000 years before present. These results were analyzed together with data of relative abundance of plankton foraminifers (Globigerina bulloides and Globigerinita glutinata) and geochemical data (δ18O, δ13C and CaCO3 content). Our results reveal a cyclic variation of the property of magnetic minerals including magnetic susceptibility (χ), anisteretic remanent magnetization (ARM), saturation remanentisothermal saturation magnetization (SIRM), the (χARM/SIRM) ratio in line with geochemical data. The cyclicity period is coincident with the precessional cycle of the Earth's orbit. We suggest that increased insolation leads to enhanced winds and dust supply, promoting iron fertilization, which is usually a limiting factor for primary production. This, in turn, maximizes ocean paleoproductivity and, consequently, increases magnetofossil concentration. This is a new proposal for primary paleoproductivity studies in the oceans, but many studies still need to be conducted, mainly due to the high complexity that exists between the availability of nutrients and the magnetization of sediments.