paleoceanografia - Oceanografia

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PALEOCEANOGRAFIA
ESTUDO DO DESENVOLVIMENTO DE SISTEMAS
OCEÂNICOS
PRINCIPALMENTE AO LONGO DOS ULTIMOS 200 MILHÕES DE ANOS
A TECTONICA GLOBAL ESTABELECE O
PANO DE FUNDO PARA A INVESTIGAÇÃO
DA EVOLUÇÃO NA TERRA.
O MOVIMENTO DOS LIMITES CRUSTAIS
(VERTICAIS E HORIZONTAIS) É A
PRINCIPAL CAUSA DAS GRANDES
MUDANÇAS CLIMÁTICAS
KENNETT 1982
PALEOCEANOGRAFIA
INVESTIGA OS SEGUINTES TÓPICOS E SUAS INTERELAÇÕES
¾ Desenvolvimento da circulação superficial
¾ História e efeito da circulação das massas de água de fundo
¾ Biogeografia e evolução de organismos planctônicos e bentônicos
¾ História da produtividade biogênica e seus efeitos na sedimentação
oceânica
PALEOCEANOGRAFIA
- DEPENDE DE AMOSTRAS DO PACOTE SEDIMENTAR DO FUNDO OCEÂNICO REGISTRO DETALHADO DAS ALTERAÇÕES FÍSICO-QUÍMICAS DAS MASSAS
D’ÁGUA OCEÂNICAS E DA ATMOSFERA TERRESTE.
- A EVOLUÇÃO DAS CONDIÇÕES OCEANOGRÁFICAS SÃO DETERMINADAS EM 3
DIMENSÕES - VARIAÇÕES VERTICAIS (TEMPO) E HORIZONTAIS (ESPAÇO).
- FERRAMENTAS UTILIZADAS NA INVESTIGAÇÃO DOS SEDIMENTOS:
- COMPOSIÇÃO ISOTÓPICA DAS TESTAS CALCÁREAS
- CENSO DA ASSEMBLÉIA DE MICROFÓSSEIS
- MORFOMETRIA E TAXONOMIA DE MICROFÓSSEIS PLANCTÔNICOS E
BENTÔNICOS
- COMPOSIÇÃO ORGÂNICA E IDENTIFICAÇÃO DE
SEDIMENTOS
METAIS TRAÇOS DOS
PALEOCEANOGRAFIA
PORQUE A ANÁLISE DOS SEDIMENTOS É TÃO IMPORTANTE?
Os padrões de distribuição de sedimentos no fundo marinho estão
associados:
¾ à dissolução da sílica e carbonato de cálcio – posição da Profundidade de
Compensação do Carbonato (PCC ou “CCD”)
¾ ressurgência e produtividade
¾ circulação de superfície (associado à distribuição de clastos transportados
pelo gelo, distribuição de nutrientes e carga detrítica continental)
¾ circulação de fundo (associado à microfósseis bentônicos, contoritos,
hiatos sedimentares, padrões de fracionamento geoquímico)
¾ circulação atmosférica (associado à distribuição de poeira – quartzo e ilita)
PALEOCEANOGRAFIA
O QUE A PALEOCEANOGRAFIA É CAPAZ DE INFORMAR?
¾ a distribuição das massas d’água superficiais
¾ a posição das maiores correntes e frentes
oceânicas
¾ o padrão regional da temperatura de
superfície do oceano
PALEOCEANOGRAFIA
O QUE A PALEOCEANOGRAFIA É CAPAZ DE INFORMAR?
¾ alterações no volume de gelo
global e extensão das calotas
sobre o oceano
¾ alterações da estrutura térmica
vertical dos oceanos
PALEOCEANOGRAFIA
O QUE A PALEOCEANOGRAFIA É CAPAZ DE INFORMAR?
¾ alterações na intensidade e posição
dos ventos alísios
¾ mudanças paleobiogeográficas
REGIÕES DE INTERESSE ESPECIAL
A circulação oceânica atual se estabeleceu como resposta às alterações da
topografia do oceano, mudança da posição dos continentes e mudanças
climáticas (especialmente nos polos).
Qualquer seja a alteração ocorrida, esta é mais fácil de ser observada em
locais de maior gradiente, tanto vertical como horizontal, como por exemplo
- flancos de cordilheiras, platôs e guyots
- regiões de convergência/divergência e frentes oceânicas
- correntes de contorno oeste e leste
- zonas de formação de massas d’água profundas
REGIÕES DE INTERESSE ESPECIAL
Áreas criticas para
circulação profunda
Áreas de formação
de massas d’água
profundas
Mar da
Noruega
Golfo do
México
Mar de
Ross
Passagem
de Drake
Mares costeiros
registrando efeitos
continentais amplificados
Conexão interbacias
Mar de
Weddell
Mar do Japão
Golfo Califórnia
Mediterrâneo
Passagem
da Indonésia
Canal de
Vema
Canal das
Malvinas
Canal de
Walvis
Passagem
da Tasmânia
Passagem
da Am. Central
Subsidência dos canais de comunicação
entre bacias oceânicas
Q PLE MIO.S. MIO. M MIO. I.
OLIG S.
OLIG I.
EOC. S EOC. M EO.I. PAL. S.
PAL.I.
MAES.
CAMP.
S CON TUR CEN
ALBIANO
APT.
PALEOCEANOGRAFIA
O REGISTRO SEDIMENTAR REGISTRA A MÉDIA DAS
CONDIÇÕES AMBIENTAIS AO LONGO DE SÉCULOS (?) E
MILÊNIOS. NO ENTANTO, DEVIDO AO ENORME TEMPO DE
RESIDÊNCIA DAS MASSAS D’ÁGUA PROFUNDAS (~4 MIL
ANOS), OS DEVIOS ASSOCIADOS A VÁRIOS RESULTADOS
(COMO OS RELATIVOS À FAUNA BENTÔNICA) PODEM SER
PEQUENOS.
EVOLUÇÃO PALEOCEANOGRÁFICA GLOBAL
FORAM
3
OS
MAIS
IMPORTANTES
FATORES
A
CONTROLAS
A
PALEOCEANOGRAFIA NOS ULTIMOS 200 MILHÕES DE ANOS:
¾ MODIFICAÇÕES PALEOGEOGRÁFICAS DEVIDO A TECTÔNICA DE PLACAS
¾ GRADUAL RESFRIAMENTO CLIMÁTICO
¾ GRADUAL QUEDA DO NÍVEL MARINHO (EUSTÁTICO) DESDE O
MEZOZÓICO
MEZOZÓICO
CENOZÓICO
150 a 300 m (?)
PALEOZÓICO
500
400
300
200
100
0
EVOLUÇÃO PALEOCEANOGRÁFICA GLOBAL
CLIMA
NO CRETÁCEO, CLIMAS AMENOS DO EQUADOR AOS POLOS
PEQUENO GRADIENTE TÉRMICO
CIRCULAÇÃO EÓLICA MENOS
DINÂMICA
CIRCULAÇÃO SUPERIFICIAL MENOS
INTENSA
MENORES DIFERENÇAS DE
TEMPERATURA DA ÁGUA –
SALINIDADE INFLUENCIANDO A
DENSIDADE
CIRCULAÇÃO TERMOHANLINA
MENOS INTENSA
EVOLUÇÃO PALEOCEANOGRÁFICA GLOBAL
CLIMA
Temperatura superficial
no Atlântico atualmente
e no máximo glacial
Esquema da ressurgência
equatorial e sua assinatura na
imagem de satélite produtividade aumentada nos
trópicos
Open University
EVOLUÇÃO PALEOCEANOGRÁFICA GLOBAL
NIVEL DO MAR
TRANSGRESSÕES
REGRESSÕES
MENOR ALBEDO
MAIOR ALBEDO
Distribuição da área continental
Albedo
Oceano tropical 4 - 19
Subtropical, polar 6 - 55
Deserto 20 - 30
Florestas 7 - 10
Neve
35 - 82
EVOLUÇÃO PALEOCEANOGRÁFICA GLOBAL
NIVEL DO MAR
TRANSGRESSÕES
REGRESSÕES
MENOR ALBEDO
MAIOR ALBEDO
CLIMA MAIS QUENTE – MENORES
GRADIENTES DE TEMPERATURA
ENTRE EQUADOR E POLOS
CLIMA MAIS FRIO – MAIORES
GRADIENTES DE TEMPERATURA ENTRE
EQUADOR E POLOS
CIRCULAÇÃO TERMOHALINA MENOS
INTENSA
CIRCULAÇÃO TERMOHALINA MAIS
INTENSA
MENOR OXIGENAÇÃO DAS ÁGUAS
PROFUNDAS
MAIOR OXIGENAÇÃO DAS ÁGUAS
PROFUNDAS
CONSEQUÊNCIAS DA TRANSGRESSÃO
Formação de lama negra – eventos anóxicos
Maiores valores de Δ13C (13C -12C)
indicam remoção de 12C pela
decantação de matéria orgânica
Temp. atual H2O mar - 0 a 5 oC
Temp. Cretaceo - 15 a 20 oC
Eventos anóxicos
2O
2O
no fundo atualmente - 3 a 5 ml/l
no fundo Cretaceo - ~2 ml/l
Fracionamento do carbonato entre a plataforma e a bacia oceânica
• Transgressão – maior extensão de mares
epicontinentais = retém carbonato na
plataforma
• Regressão - menor extensão de mares
epicontinentais = disponibiliza carbonato para
sedimentação pelágica
EVOLUÇÃO DA PCC
KENNETT 1982
EVOLUÇÃO DA PCC
KENNETT 1982
¾ OSCILAÇÕES DE ATÉ 2000 m SÃO REGISTRADAS NO CENOZÓICO
¾ PADRÃO GERAL DE OSCILAÇÃO SEMELHANTE NAS 3 BACIAS OCEÂNICAS CAUSAS ASSOCIADAS A MECANISMOS GLOBAIS
¾ VARIAÇÕES MENORES ENTRE AS BACIAS ASSOCIADAS A DIFERENTES
TROCAS DE AGUAS SUPERFICIAIS E PROFUNDAS
¾ PCC NUNCA FOI TÃO PROFUNDA COMO ATUALMENTE (4500 - 4900 m PROF)
MAIOR SEQUESTRO DE CaCO3 NAS
PLATAFORMAS RASAS
MENOR SEQUESTRO DE CaCO3 NAS
PLATAFORMAS RASAS
MAIOR EXTENSÃO DE MARES
EPICONTINENTAIS
MENOR EXTENSÃO DE MARES
EPICONTINENTAIS
TRANSGRESSÕES
REGRESSÕES
MENOR OXIGENAÇÃO DAS ÁGUAS
PROFUNDAS
MAIOR OXIGENAÇÃO DAS ÁGUAS
PROFUNDAS
AUMENTO DO CO2
DIMINUIÇÃO DO CO2
MAIOR CONSUMO DO CaCO3
MENOR CONSUMO DO CaCO3
MENORES TAXAS DE DEPOSIÇÃO
NANOFOSSIL CARBONÁTICO NAS
BACIAS OCEÂNICAS
MAIORES TAXAS DE DEPOSIÇÃO
NANOFOSSIL CARBONÁTICO NAS
BACIAS OCEÂNICAS
MAIOR SEQUESTRO DE CaCO3 NAS
PLATAFORMAS RASAS
MENOR SEQUESTRO DE CaCO3 NAS
PLATAFORMAS RASAS
MAIOR EXTENSÃO DE MARES
EPICONTINENTAIS
MENOR EXTENSÃO DE MARES
EPICONTINENTAIS
TRANSGRESSÕES
REGRESSÕES
FATOR COMPLICADOR
Maior produtividade associada às regressões implica em
retirada de CaCO3 na superfície e déficit de carbonato no
oceano profundo, o que elevaria a PCC.
Alguns autores entendem a flutuação que a flutuação da PCC
esta inversamente relacionada à paleo-produtividade
EVOLUÇÃO PALEOCEANOGRÁFICA GLOBAL
MUDANÇAS DA PALEOGEOGRAFIA
PANTALASSA
PANGEA
¾PANTALASSA SE EXTENDO POR 300º DE LONGITUDE
¾GRANDES GIROS OCEÂNICOS – CORRENTES EQUATORIAIS PERCORRENDO 85% DA
CIRCUNFERÊNCIA DA TERRA
EVOLUÇÃO PALEOCEANOGRÁFICA GLOBAL
TRANSIÇÃO PARA UMA BACIA OCEÂNICA FRAGMENTADA
- Sedimentação no Atlântico inicia-se com muita drenagem continental (mais de
50% das terras emersas) e altas taxas deposicionais.
- Nos últimos 130 M anos ocorreu maior deposição carbonática na margem leste
devido à retenção de terrígenos nos mares epicontinentais da Europa (suprimento
carbonático sempre maior na borda leste)
EVOLUÇÃO PALEOCEANOGRÁFICA
GLOBAL
PERFIL GEOLÓGICO TRANSVERSAL AO ATLÂNTICO NORTE
65 M anos
125 – 70 M a.
65 M anos
70 M anos
90 M anos
100 M anos
163 M anos
EVOLUÇÃO PALEOCEANOGRÁFICA GLOBAL
TRANSIÇÃO PARA UMA BACIA OCEÂNICA FRAGMENTADA
- Aumento do nível do mar e da temperatura levam a uma condição de generalizada
anoxia nas bacias em expansão no Cretáceo Médio – Superior (100 M anos).
- Aparente estabelecimento de estratificação estável associado a entrada de
sedimentos continentais com alto teor de matéria orgânica (clima mais tropical)
Locais de deposição de lama orgânica
Atlântico Sul a 100 M anos
15OS
TROPICAL
40OS
SUBTROPICAL
Hay et al. (1999)
Atlântico Sul a ~100 M anos
Azevedo (2001)
KENNETT 1982
Modelo Evolutivo para o Atlântico Sul entre 100
M e 90 M de anos
Analogia com o Mar Vermelho
Azevedo (2004)
A TRANSIÇÃO DE OCEANOS QUENTES
PARA OCEANOS FRIOS NO CENOZÓICO
- A INTERRUPÇÃO
DA CORRENTE CIRCUM-EQUATORIAL
(COM O
FECHAMENTO DO TETHIS NO MEDITERRÂNEO) COINCIDE COM
O
ESTABELECIMENTO DA CORRENTE CIRCUM-ANTÁRTICA (COM A ABERTURA
DO CANAL DE DRAKE, DO MAR DA TASMÂNIA – CULMINA HÁ ± 20 M anos).
O Atlântico deixa de
ser um oceano
longitudinal – critico à
circulação equatorial
do Mar de Tethys – e
passa a ser um oceano
latitudinal – critico para
a circulação interpolar
(único oceano a
conectar ambos os
polos).
KENNETT 1982
A TRANSIÇÃO DE OCEANOS QUENTES
PARA OCEANOS FRIOS NO CENOZÓICO
- A INTERRUPÇÃO
DA CORRENTE CIRCUM-EQUATORIAL
(COM O
FECHAMENTO DO TETHIS NO MEDITERRÂNEO) COINCIDE COM
O
ESTABELECIMENTO DA CORRENTE CIRCUM-ANTÁRTICA (COM A ABERTURA
DO CANAL DE DRAKE, DO MAR DA TASMÂNIA – CULMINA HÁ ± 20 M anos).
36 M
anos
KENNETT 1982
30 M
anos
OPEN UNIVERISTY2001
Distribuição do foraminífero Guembelitria com o
início da abertura do Estreito de Drake
A TRANSIÇÃO DE OCEANOS QUENTES
PARA OCEANOS FRIOS NO CENOZÓICO
- O ESTABELECIMENTO DA CORRENTE CIRCUM-ANTÁRTICA ISOLA
TERMICAMENTE O CONTINENTE ANTÁRTICO E AUMENTA A INTENSIDADE
DAS GLACIAÇÕES – CULMINA COM O APARECIMENTO DE BANQUISAS DE
GELO
- PROFUNDO EFEITO NA CIRCULAÇÃO OCEÂNICA E BIOGEOGRAFIA EM
MÉDIAS E ALTAS LATITUDES DO HEMISFÉRIO SUL (CRIAÇÃO DE BARREIRAS
TÉRMICAS – FRENTES OCEÂNICAS – E ZONAS DE RESSURGÊNCIA).
FORMAÇÃO DAS GELEIRAS NA ANTARTICA
TEMPERATURA DA ÁGUA SUPERFICIAL
ANTÁRTICA NOS ÚLTIMOS 55 M ANOS
SUGERE O RÁPIDO CRESCIMENTO DAS
GELEIRAS
OPEN UNIVERISTY2001
PRIMEIRAS EVIDÊNCIAS DE
CLASTOS TRANSPORTADOS POR
GELO
FORMAÇÃO DA ÁGUA DE FUNDO DO
ÁRTICO E CONGELAMENTO ANTÁRTICO
- PORQUE A EXTENSA DEPOSIÇÃO DE CLASTOS GLACIAIS É OBSERVADA
SOMENTE A PARTIR DO MIOCENO MÉDIO, CERCA DE 20 MILHÕES DE ANOS
APÓS O ISOLAMENTO ANTÁRTICO?
- FORMAÇÃO DA ÁGUA DE FUNDO DO ÁRTICO APÓS A SUBSIDÊNCIA DA
CADEIA ISLANDIA-FAEROE → AUMENTO DA PRECIPITAÇÃO NA ANTÁRTICA
FORMAÇÃO DA ÁGUA DE FUNDO DO
ÁRTICO E CONGELAMENTO ANTÁRTICO
- PORQUE A EXTENSA DEPOSIÇÃO DE CLASTOS GLACIAIS É OBSERVADA
SOMENTE A PARTIR DO MIOCENO MÉDIO, CERCA DE 20 MILHÕES DE ANOS
APÓS O ISOLAMENTO ANTÁRTICO?
- FORMAÇÃO DA ÁGUA DE FUNDO DO ÁRTICO APÓS A SUBSIDÊNCIA DA
CADEIA ISLANDIA-FAEROE → AUMENTO DA PRECIPITAÇÃO NA ANTÁRTICA
Open University
FRACIONAMENTO MINERALÓGICO ENTRE
ATLÂNTICO E PACÍFICO
A formação da massa de água profunda do Atlântico norte proporciona a deposição
carbonática. No Pacífico norte, a chegada de um maior volume de água doce e aporte
de sedimentos continentais gera uma zona com baixos valores de oxigênio, e a
deposição mais representativa de diatomáceas.
Berger 1970
Flutuações climáticas = rearranjo da corrente oceânica = aumento (diminuição)
da produção carbonática no Atlântico induz o aumento (diminuição) da
sedimentação siliciclástica (carbonática) no Pacífico.
FRACIONAMENTO MINERALÓGICO ENTRE
ATLÂNTICO E PACÍFICO
Kelley & Barron 1983
Congelamento Antartico – aridez America Sul
– Elevação Andes
CONGELAMENTO DO POLO NORTE
As glaciações no hemisfério norte iniciaram-se por volta dos 3 M de anos
Shackleton & Updike 1977
O ISOLAMENTO DO MEDITERRÂNEO
- A QUEDA DO NIVEL MARINHO NO MIOCENO SUPERIOR (6.5 – 5 MILHÕES DE
ANOS) PARECE TER CONTRIBUÍDO COM O FECHAMENTO DO
MEDITERRÂNEO DURANTE 700.000 ANOS
- CAMADAS DE SAL COM 1 km DE ESPESSURA
- 1 A 3 km DE PROFUNDIDADE
- SOB 200 M DE VAZA CALCAREA
O ISOLAMENTO DO MEDITERRÂNEO
-QUANTO TEMPO LEVARIA PARA O MEDITERRÂNEO SECAR
COMPLETAMENTE?
BALANÇO HÍDRICO ATUAL = - 3,25 x 103 km3
VOLUME DO MEDITERRÂNEO = 3,75 x 106 km3
TEMPO DE DISSECAÇÃO = 1000 anos
- VOLUME DE SAL RETIDO NO MEDITERRÂNEO É APROX. 30 VEZES MAIOR
QUE O VOLUME DE SAL EXISTENTE NA MASSA D’ÁGUA = 6,5 x 104 km3
– COMO ISTO SE EXPLICA?
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