MUDANÇAS NA PALEOPRODUTIVIDADE DA REGIÃO DE CABO FRIO DURANTE OS ÚLTIMOS ANOS CAL AP

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1 MUDANÇAS NA PALEOPRODUTIVIDADE DA REGIÃO DE CABO FRIO DURANTE OS ÚLTIMOS ANOS CAL AP Michelle M. Andrade 1 ; Ana Luiza S Albuquerque 1 ; Débora Dezidério 1 ; Alice Cruz C. Silva 1 ; Abdelfettah Sifeddine 2 ; Bruno Jean Turcq 1,2 ;.Emmanoel V. Silva Filho 1 1 Universidade Federal Fluminense (andrademm@ig.com.br); 2 Institut de Recherche pour le Développement IRD/França Abstract The upwelling in Cabo Frio coastal shelf is seasonally controlled by NE trade winds. This phenomenon is linked with the enhancement of primary productivity in the region due to the increase nutrients. We used sediments from Cabo Frio coast shelf as a recorder of productivity changes during the last cal yr BP. A 268cm-long core was drilled using a gravity corer. Sediments lithology was descripted and sub-sampled each centimeter. The radiocarbon chronology was performed from 7 samples of organic matter. Total organic carbon (TOC) fluxes, palinofacies analyses, biogenic barium (Ba bio ) and uranium fluxes were used as multi-proxies to reconstruct the changes in productivity. The results showed that the periods between , , and cal years BP were marked by stronger productivity, probably linked to upwelling enforcement. In the other hand, the periods between , and cal years BP showed decrease in the TOC and Ba bio fluxes that marked lower productivity, suggesting a weaker upwelling phases. Palavras-chave: Paleoprodutividade, Ressurgência, Cabo Frio. Introdução A ressurgência de Cabo Frio é caracterizada, sazonalmente, pelo afloramento da Água Central do Atlântico Sul (ACAS) entre setembro e março (Valentin, 1994). Dentre os fatores determinantes deste mecanismo estão a inclinação na linha de costa; a intensificação dos ventos alíseos de NE, que deslocam Corrente do Brasil (CB) para longe da costa; e a presença de vórtices na CB, os quais causam certa instabilidade (Campos et al., 2000; Silveira et al., 2000). Já entre abril e agosto, os ventos alíseos tornam-se enfraquecidos, e ocorre o aumento na freqüência da passagem de frentes frias (Martin et al., 1993), responsáveis pela mudança na direção dos ventos, de NE para SW. Desta forma, a CB se aproxima novamente da costa, ocorrendo então a subsidência da ACAS. Eventos alternados de ressurgência e subsidência da ACAS determinam períodos de maior e menor produtividade, na região de Cabo Frio, de acordo com a intensidade e a freqüência destas ocorrências. Deste modo, o comportamento da paleoprodutividade, na região da plataforma continental de Cabo Frio pode ser acompanhado através dos registros nos sedimentos de fundo. Indicadores orgânicos e inorgânicos, tais como os fluxos de carbono orgânico total (COT) e de bário bigênico (Ba bio ) são associados com a produtividade, e têm sido largamente utilizados em áreas de ressurgência (Robin et al, 2003; Schenau et al, 2001; McManus et al, 1998; Dymond &

2 Collier, 1996). Além disso, a metodologia de palinofácies, permite diferenciar a origem da matéria orgânica depositada, ou seja, terrígena ou marinha (Durand, 1980). As condições óxicas ou subóxicas, as quais este material orgânico foi submetido pode ser inferido através do fluxo de urânio (McManus et al, 1998; Martinez et al., 1996). Assim, o objetivo deste estudo foi traçar o comportamento da paleoprodutividade entre e 900 anos cal AP, utilizando multiproxies orgânicos e inorgânicos. Área de Estudo A plataforma continental externa de Cabo Frio sofre influência direta do fenômeno da ressurgência. Além disso, a característica lamosa dos sedimentos de fundo também contribuiu na escolha desta área para a reconstrução da ressurgência e da paleoprodutividade ao longo do Holoceno (Figura 1). Fig. 1. Área de estudo mostrando a região da plataforma continental externa. Metodologia Em agosto de 2002, durante uma campanha do Navio Oceanográfico Astrogaroupa (cedido pela Petrobrás) foi retirado, com auxílio de gravity-corer, um perfil de 268cm de comprimento, submerso em uma coluna d água de 115m. O perfil CF02-01B estava situado a 23º11 S e 41º47 W. No Laboratório de Estudos Paleoambientais, do Dept de Geoquímica/UFF foram realizados os procedimentos de abertura e sub amostragem do perfil. Para informações sobre a geocronologia foram selecionadas sete amostras, de acordo com as mudanças de densidade identificadas ao longo do perfil. A geocronologia foi realizada sobre a matéria orgânica pelo método 14 C (AMS). As idades convencionais foram convertidas em idades calibradas utilizando-se o programa Calib Radiocarbon Calibration (Stuiver et al., 2005). O conteúdo de carbono orgânico foi realizado em amostras descarbonotadas (HCl 1N), utilizando analisador CHNS, no Laboratório de Formations Superficielles do IRD-França. A petrografia orgânica ou palinofácies seguiu metodologia utilizada por Durand (1980), em que a matéria orgânica refratária remanescente foi isolada através de ataques ácidos. Deste material foram confeccionadas lâminas permanentes para a identificação e quantificação dos fragmentos orgânicos presentes. Neste estudos foram considerados os aspectos morfológicos dos elementos (amorfo e figurado), seguindo a classificação da Amsterdam Palynological Organic Matter Classification (Traverse, 1994). A quantificação destas frações foi feita a partir de microscópio óptico, sob magnificação de 400X, com ocular quadriculada acoplada. Os teores de Ba, U e Sc foram obtidos através da análise de ativação neutrônica, realizadas no IPEN- CENEN/SP (Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares), SP. No entanto, para o cálculo do Ba bio foi utilizado os teores de Sc, como normalizador do aporte continental. Este cálculo foi baseado na fórmula abaixo: Ba bio i = Ba total i (Sc i x mín Ba/Sc)

3 Onde: Ba bio i = bário biogênico para uma amostra Ba total i = bário biogênico total de uma amostra Sc i = escândio da amostra mín Ba/ Sc i = valor mínimo encontrado para a razão Ba/Sc Resultados e Discussões Estratigrafia e Geocronologia O testemunho estudado (CF02-01B) apresentou textura argilosa homogênea e de coloração verde oliva escuro (5Y 4/2), de acordo com a Carta de Munsell (Figura 2). Fig. 2. Representação esquemática do perfil CF02-01B indicando a interpolação das idades calibradas. Prof. (cm) Idade cal. (anos cal AP) Tab. 1. Idades radiocarbônicas e calibradas do testemunho CF02-01B. Código Prof. Idade 14 C Idade cal. AA cm /-32 BP 1710 cal AP AA cm /-32 BP 1630 cal AP AA cm /-33 BP 2275 cal AP AA cm /-34 BP 2725 cal AP AA cm /-34 BP 2855 cal AP AA cm /-39 BP 3055 cal AP Beta cm /-40 BP 4132 cal AP Fig. 3. Modelo geocronológico do perfil CF 02-02B com base nas idades calibradas CF 02-01B 1000 y = 11,356x + 920,99 R 2 = 0, Argila orgânica A interpolação das idades calibradas (Tabela 1), obtidas pela equação da curva de calibração (Figura 3), mostrou que o perfil cobre o período de a 920 anos cal AP, aproximadamente. Assumiu-se uma taxa de sedimentação constante, em torno de 0,09 cm.ano -1 para o período estudado. Indicadores orgânicos O acúmulo de carbono nos sedimentos pode registrar mudanças na paleoprodutividade de uma região (Twichell et al., 2002). Entretanto, este dado somente não é o bastante para determinar a origem da matéria orgânica presente (McKey, et al., 2004). Desta forma, o método de palinofácies, utilizado neste estudo, é uma importante ferramenta para distinguir entre as fontes do material orgânico terrígeno e a produção autóctone (Durand, 1980). No aspecto geral, apesar das oscilações, o fluxo de COT mostrou seis principais mudanças de comportamento, as quais podem ser relacionadas com a origem da matéria orgânica depositada (Figura 4). Entre e

4 3.500 anos cal AP, os valores de COT mostram uma leve tendência de aumento. No entanto, a origem deste carbono parece estar relacionada com o aumento do aporte terrígeno, apesar da influência fluvial na região, atualmente, ser insignificante (André, 1990). Entretanto, um maior aporte terrígeno poderia ocorrer em conseqüência de um período climático regionalmente mais úmido. Por outro lado, a partir de até anos cal AP os valores do fluxo de COT permaneceram altos, porém agora, relacionado à deposição de uma matéria orgânica de origem marinha (fração amorfa). De acordo com Tyson (1993), a matéria orgânica amorfa marinha, em última instância, é derivada da degradação do fitoplâncton. Desta forma, este período de maior acúmulo de carbono autóctone, em grande parte, do fitoplâncton poderia estar relacionado a um fortalecimento da ressurgência na região de Cabo Frio. Nestes períodos de fortalecimento da ressurgência, os ventos NE se intensificam afastando a Corrente do Brasil (oligotrófica) da costa, permitindo a ascensão da ACAS (rica em nutrientes) até a superfície. Desta forma, os teores de nutrientes na coluna d água aumentam, causando um acréscimo da produtividade do sistema. Entre e anos cal AP, ocorre um decréscimo dos valores de COT, sugerindo uma ressurgência enfraquecida, ou seja, de menor produtividade. Além disso, os valores da fração da matéria orgânica terrígena apresentam-se mais elevados neste período. Uma explicação para este acúmulo de material terrígeno nos sedimentos seria a característica refratária de seus produtos após a degradação. Ou seja, como a matéria orgânica continental é derivada de vegetais superiores, ricos em lignina (Huc, 1980), este material seria mais resistente à ação de decompositores, do que o material de origem marinha, sendo degradado mais lentamente. De até anos cal AP, o fluxo de COT apresenta, em média, os maiores valores do perfil, os quais correspondem a maior contribuição da matéria orgânica de origem marinha. Assim, pode-se apontar um período de fortalecimento da ressurgência, e conseqüentemente, de maior produtividade, em Cabo Frio. Entre e 1400 anos cal AP ocorre um leve decréscimo nos valores do fluxo de COT, entretanto, a contribuição marinha se destaca, em relação à terrígena. Por fim, entre e 900 anos cal AP, os valores de carbono acumulado voltam a aumentar, com o simultâneo aumento do aporte marinho, evidenciando novo período de fortalecimento da ressurgência. Indicadores inorgânicos Sedimentos submetidos à águas superficiais produtivas são ricos em bário (McKey et al., apud. Goldberg and Arrhenius, 1958; Dehairs et al., 1980, 1992). Desta forma, este elemento é diretamente proporcional à produtividade do sistema (Dymond et al., 1992). Segundo Babu et al (2002), altos valores de Ba bio são encontrados em sedimentos submetidos à condições óxicas, enquanto o urânio acumula-se em baixas concentrações de oxigênio dissolvido. Desta forma é possível traçar o comportamento da paleoprodutividade, e o gradiente de oxigenação do ambiente. Em Cabo Frio, entre e 900 anos cal AP, o comportamento do fluxo de Ba bio acompanhou o fluxo de COT (Figura 4). Em contra partida, uma diminuição déficit no fluxo de urânio indica ambientes submetidos à condições oxigenadas. Já nos períodos de menor produtividade, ocorre a diminuição de Ba bio nos sedimentos, resultado de condições subóxicas, as quais propiciam o acúmulo de

5 urânio. Deste modo, na região de Cabo Frio entre e 900 anos cal AP, períodos em que a produtividade esteve maior foram marcados por um aumento na taxa de oxigenação, o qual pode estar relacionado com o mecanismo de suspensão da ACAS, que naturalmente promoveria uma maior oxigenação da coluna d água. Já os períodos de menor produtividade, as condições subóxicas na interface água-sedimento predominariam. Fig. 4. Comportamento dos fluxos de COT, Ba bio e U, e das frações marinha e terrígena da matéria orgânica no perfil CF 02-01B da região de Cabo Frio. Fluxo COT Aporte marinho Aporte terrígeno Fluxo Ba exc Fluxo U (g.cm-2.ano-1) (%) (%) (mg.cm-2.ano-1) (mg.cm-2.ano-1) Conclusões A partir do comportamento do fluxo de COT, entre e 900 anos cal AP, foi possível traçar a variabilidade da produtividade na região de Cabo Frio, a qual pode estar associada às frases de intensificação ou enfraquecimento da ressurgência. Os períodos de maior produtividade estariam entre: , , e e 900 anos cal AP. De uma forma geral, estas fases de alta produtividade estariam marcadas por um aumento no aporte marinho, o qual pode indicar o fortalecimento da ressurgência. Tal situação gera um aumento na taxa de oxigenação, mostrado pelo o acúmulo de Ba bio e diminuição de urânio nos sedimentos. Por outro lado, os períodos entre e anos cal AP mostraram uma menor produtividade. Esta situação, a qual pode estar relacionada ao enfraquecimento da ressurgência, produziria um ambiente subóxico na interface água-sedimento, associado ao registro de urânio no sedimento e a diminuição de Ba bio. Referências Bibliográficas ANDRÉ, D. L Análise dos parâmetros hidroquímicos na ressurgência de Cabo Frio, f. Dissertação de Mestrado Dept

6 de Geoquímica Ambiental, UFF, Niterói. BABU, C. P., et al Barium as a productivity proxy in continental margin sediments: a study from the eastern Arabian Sea. Marine Geology 184, DURAND, B.; Nicaise, B Produceres for kerogen isolation. In: Durand, Bernard. Kerogen. Insoluble organic matter from sedimentary rocks. Paris, France: Éditions Technip DYMOND, J.; Collier, R Particulate barium fluxes and their relationships to biological productivity. Deep-Sea Research II, V. 43, n 4-6, DYMOND, J., et al Barium in deepsea sediments: A geochemical proxy for paleoproductivity. Paleoceanography 7, MARTIN, L., et al Southern oscillation signal in South American palaeoclimatic data of the last 7000 years. Quaternary Research, n. 39, p MARTINEZ, P., et al Spatial variations in nutrient utilization, production and diagenesis in the sediments of a coastal upwelling regime (NW Africa), Implications for the paleoceanographic record. Journal of Marine Research 58 (5): MCKAY, J. L., et al Organic carbon accumulation over the last 16Kyr off Vancouver Island, Canada: evidence for increased marine productivity during the deglacial. Quaternary Science Reviews 23, MCMANUS, J., et al Geochemistry of barium in marine sediments: Implications for its use as a paleoproxy. Geochimica et Cosmochimica Acta, V. 62, n 21/22, SCHENAU, S. J., et al Barium accumulation in the Arabian Sea: Controls on barite preservation in marine sediments. Geochimica et Cosmochimica Acta, V. 65, n 10, SILVEIRA, I. C. A., et al A corrente do Brasil ao largo da costa leste brasileira. Revista Brasileira de Oceanografia. São Paulo, v. 48, n. 2. STUIVER, M., et al Extend 14 C data base and revised calib C calibration program Radiocarbon. v. 40, p TRAVERSE, A Sedimentation of palynomorphs and palynodebris: na introduction. In: Traverse, Alfred. Sedimentation of organic particles. Cambridge: Cambridge University Press,p TYSON, R. V Palynofacies Analysis. In: Netherlands: Kluwer Academic Publishers. Applied Micropalaeontology. 5, TWICHELL, S. C., et al Significance of hight C/N ratios in organiccarbon-rich Neogene sediments under the Benguela Current upwelling system. Organic Geochemistry 33, VALENTIN, J. L A ressurgência: fonte de vida nos oceanos. Ciência Hoje, Rio de Janeiro, v. 18, n. 102, p

7 Agradecimentos Petrobrás - por ceder o Navio Astrogaroupa; CAPES - pela bolsa de doutorado; Convênio CNPq / IRD-França - Projeto PALEOTROPICA; FAPERJ Processo E-26/170698/2004; CNPq Processo /

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