Ciclo biogeoquímico marinho no ultimo máximo glacial e no interglacial marine isotope stage 11c

Abstract

As flutuações atmosféricas das concentrações de CO2 têm sido fortemente correlacionadas com o clima em escalas de tempo de milhões de anos, ou causadas, ou pelo menos, amplificando as mudanças climáticas. Este estudo procurou investigar a relação entre as mudanças nas forçantes orbitais, concentração de CO2 e topografia no ciclo biogeoquímico marinho. Para isso foi utilizado o modelo UVic ESCM versão 2.9, que é um modelo de complexidade intermediária acoplado para simular o clima médio no Último Máximo Glacial (LGM) e Interglacial Isotope Marine Stage 11c (MIS11c). Com relação às simulações, o modelo UVic foi capaz de re- presentar satisfatoriamente as condições climáticas atuais (PD), com boa correlação e baixos valores de erro quadrático médio. Para paleoreconstruções, mesmo com a baixa disponibilidade de dados, principalmente para o Interglacial MIS11c, boa concordância com outros estudos foram encontradas. Com a adição da topografia ICE6G, a temperatura média no LGM foi de aproximadamente 5 °C mais fria do que encontrada nos dias atuais, houve modificação na circulação atmosférica, especialmente nas regiões do Atlântico e do Pacífico Norte. Diferenças significativas foram encontradas na comparação entre duas topografias para o LGM; ICE6G e ICE4G. Aquecimento de aproximadamente 3 ° C no Atlântico Norte, como resultado do aumento da concentração de gelo na América do Norte para a topografia ICE6G, provavelmente causada por subsidência ao sul e leste da anomalia topográfica. Anomalias positivas e negativas variam amplamente para o padrão de fluxo Evaporação-Precipitação (E-P), com a atmosfera mais fria e mais seca levando a uma redução na precipitação de LGM nas regiões da Europa. Mudanças na temperatura da superfície do mar e salinidade e fluxos de E - P levam a mudanças no sistema de carbonato oceânico, resultando em um aumento geral na alcalinidade total e uma redução nas concentrações totais de carbono dissolvido (TCO 2 ) em LGM em relação ao PD. Esta é uma consequência da baixa concentração de CO e do aumento nas concentrações de carbonato de cálcio (CO3− ) levando ao aumento do pH oceânico. Mudanças na intensidade da Circulação de Revolvi- mento Meridional entre os períodos glacial e interglacial levaram a mudanças nos padrões de circulação oceânica, diminuindo sua intensidade no Último Máximo Glacial em relação ao PD e MIS11c. A resposta do ciclo biogeoquímico ao LGM e MIS11c simulado para o Oceano Austral mostrou um grande aumento na superfície de oxigênio a partir de 55 °S e uma diminuição na Antártica (particularmente − no Mar de Weddell). Análises de nitrato (NO3 ), fosfato (PO3− ), TCO2 e alcalinidade total (TA) mostram que elas estão intimamente ligadas a variações em CO2 concentrações entre atmosfera e superfície oceânica, assim como a disponibilidade de sedimentação do CaCO3 .

Atmospheric CO2 fluctuations have been highly correlated with climate on mil- lion years time scales, or caused or at least amplified, the climatic changes. This thesis sought to investigate the relationship between orbital forcings and different concentrations of CO2 in the marine biogeochemical carbon cycle. For this, we used the model UVic ESCM version 2.9, which is a coupled model to simulate the average climate in the Last Glacial Maximum (LGM) and Interglacial Marine Iso- tope Stage 11c (MIS11c). Regarding the simulations, the UVic model was able to satisfactorily represent the current climate conditions (PD), with a good correla- tion and low mean square error values. For paleoreconstructions, even with the low availability of in-situ data to compare, especially for MIS11c, good concordan- ces with other studies were found.Results indicate enhanced cooling in northern North America in the ICE6G compared to the ICE4G simulation due to the lapse rate effect. The decrease of -24°C in the surface temperature in the ICE6G relative to the PD led to a modification of the atmospheric circulation, mainly in the Atlan- tic and North Pacific region. Significant differences were found in the comparison between two topographies for LGM; ICE6G and ICE4G. Warming of approxima- tely 3 °C in the North Atlantic, as a result of the increased concentration of ice in North America for the ICE6G topography, probably caused by air subsidence to the south and east of the topography anomaly. Positive and negative anomalies vary widely for the Evaporation-Precipitation flow pattern( E - P), with the cooler and drier atmosphere leading to a reduction in LGM precipitation in the regions of Europe. Changes in sea surface temperature and salinity and E - P fluxes lead to changes in the ocean carbonate system, resulting in an overall increase in total alkalinity and a reduction in total dissolved carbon concentrations (TCO 2 ) in LGM in relation to the PD. This is a consequence of the low concentration of CO2 and the increase in calcium carbonate concentrations (CO3− ) leading to increased oceanic pH. Changes in the intensity of the Meridional Overturning Circulation between the glacial and interglacial periods led to changes in oceanic circulation patterns, decreasing their intensity in the Last Glacial Maximum relative to PD and MIS11c. The response of the biogeochemical cycle to the simulated LGM and MIS11c for the Southern Ocean showed a large increase in surface oxygen from 55 °S and a decrease in western Antarctica (particularly in the Weddell Sea). Analyzes for ni- − trate (NO 3 ), phosphate (PO3− ), TCO2 and total alkalinity (TA) show that they are 4 closely linked to variations in CO concentrations between atmosphere and ocean surface as well as CaCO3 sedimentation availability