Conexões climáticas entre os Andes tropicais e a Amazônia no registro de aerossóois em testemunho de gelo do Nevado Illimani

Abstract

As geleiras tropicais Andinas arquivam informações ambientais importantes para a validação de modelos climáticos utilizados na previsão de tendências na precipitação sobre a América do Sul tropical, que possibilitam o desenvolvimento de estratégias de mitigação e adaptação frente aos cenários de mudança climática nessa região. Nesse contexto, esta tese investiga um testemunho de firn com 23,8 m de profundidade perfurado no Nevado Illimani (16°37’S; 67°46’O, 6.350 m acima do nível do mar, Bolívia), com o objetivo de obter proxies ambientais, principalmente relacionadas ao transporte de umidade da bacia Amazônica para os Andes. O testemunho passou por etapas de processamento e análise em três laboratórios, no EuroCold (Universidade Milano-Bicocca, Itália), no Climate Change Institute (Universidade do Maine, EUA) e no Institut des Géosciences de l’Environnement (Universidade Grenoble-Alpes, França). As partículas de poeira presentes no testemunho foram analisadas quanto a sua concentração, distribuição de tamanhos, mineralogia e composição. Na integralidade da matriz de firn foram determinados os íons majoritários, os elementos traço e as razões de isótopos estáveis (dD e d18O). O testemunho cobre um período de 18 anos (1999–2017), conforme datação baseada na variabilidade sazonal das concentrações de poeira e Ca2+, e de dD. A comparação das análises com informações atmosféricas atuais (observações meteorológicas, modelos de reanálise e imagens de satélite) permitiu a identificação de proxies ambientais. Foi observado que a proporção de partículas gigantes (diâmetro > 20 μm), quando considerada junto com o dD, responde à convecção profunda sobre o Altiplano Boliviano durante o verão, que por sua vez está relacionada ao fenômeno El Niño-Oscilação Sul. Os fatores de enriquecimento do Mn estão correlacionados (no nível de significância de 95%) com a intensidade dos jatos de baixos níveis sobre a bacia Amazônica durante o inverno. A expansão temporal do registro de poeira pelo uso dos dados de um testemunho extraído do Illimani em 1999, permitiu investigar a relação entre a poeira e o rápido degelo dos Andes tropicais nas últimas décadas. A proporção de partículas de poeira grossa (diâmetro entre 10 e 20 μm) durante o período 1919–2017 responde a uma troposfera mais quente e à redução no transporte de umidade da bacia Amazônica para os Andes, causada pelo aquecimento do oceano Atlântico tropical norte. Em contrapartida, a contaminação por Cr durante o século XXI mostrou uma redução quando comparada ao final do século XX, provavelmente devido ao maior controle na emissão de poluentes em atividades ligadas à mineração.

Andean tropical glaciers store valuable environmental information to validate climate models used to forecast precipitation trends over tropical South America, which enable the development of mitigation and adaptation strategies for climate change scenarios in that region. In this context, this thesis investigates a 23.8 m deep firn core from Nevado Illimani (16°37’S; 67°46’W, 6.350 m above the sea level, Bolivia) in order to obtain environmental proxies, in particular the moisture transport from the Amazon basin towards the Andes. The core was processed and analyzed in three laboratories: the EuroCold (University Milano-Bicocca, Italy), the Climate Change Institute (University of Maine, USA) and the Institut des Géosciences de l’Environnement (University Grenoble-Alps, France). Dust particles were analyzed for their concentration, size distribution, mineralogy and composition. The bulk firn matrix was analyzed for major ions, trace elements and stable isotopes (dD and d18O). The core spans 18 years (1999–2017) based on seasonal oscillations of dust and Ca2+ concentrations, and dD. Environmental proxies were obtained by comparing the measurements with recent atmospheric information (meteorological observations, reanalysis models and satellite images). The proportion of giant dust particles (diameter > 20 μm), when considered together with dD, responds to summer deep convection over the Bolivian Altiplano, which in turn is related to the El Niño Southern Oscillation. The Mn enrichment factors are correlated (at the 95% significance level) with the winter low level jets intensity over the Amazon basin. The temporal expansion of the dust record, by using data from an ice core drilled in 1999 at the Illimani, allowed a relationship between the dust and the fast retreat of the tropical Andean glaciers over the last decades. The proportion of coarse dust particles (diameters between 10 and 20 μm) during the 1919–2017 period responds to a warmer troposphere and to the reduction in moisture transport from the Amazon basin to the Andes, caused by the warming of the tropical North Atlantic Ocean. On the other hand, Cr contamination reduced during the 21st century, when compared to the late 20th century, most probably because a higher pollutant emission control by mining related activities.