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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.64.2018.tde-24042018-091931
Documento
Autor
Nome completo
Yeleine Almoza Hernández
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2017
Orientador
Banca examinadora
Lier, Quirijn de Jong van (Presidente)
Marin, Fábio Ricardo
Ometto, Jean Pierre Henry Balbaud
Stolf, Rubismar
Título em inglês
Stable water isotopes in precipitation over western Cuba
Palavras-chave em inglês
Paleoclimatic studies
Rainfall
Stable water isotopes
Transpiration
Resumo em inglês
The use of stable water isotopes as 18O and 2H are widely used in the last 50 years as tracer in climatic and hydrological studies. Stable water isotopes have slightly different physical properties and require different latent energy for phase changes, so the concentration of water isotopes varies during water phase changes, which is known as fractionation. Specifically in the tropics, the stable water isotopes have a very particular behavior unlike other regions, by the influence of large rainfalls amount, temperature and relative humidity. Cuba is an inland in the middle of the Caribe Sea, where studies about isotopic characterization of precipitations have never been made. In order to understand and explain some issues related to the isotopic behavior of precipitation in this inland, the research work was developed making use of data from that area. The general objective of this research proposal is to characterize the isotopic composition of rainfall in west of Cuba, including the demonstration of the vegetation influence in rainfall isotopic composition, and to determine mathematical models that describe the relationship between rainfall amount, intensity and isotopic composition for future paleoclimatic studies there. Data from the Global Network of Isotopes in Precipitation (GNIP) of the International Atomic Energy Agency (IAEA) were used. Thus, the thesis was developed in three chapters of contents. The first topic addressed was in relation to demonstrate the isotopic fractionation resulting from transpiration by a green canopy. As results, it was shown that transpiration is a fractional process with respect to water isotopes. The magnitude of this fractionation is determined by environmental factors, such as soil water content, rainfall amount, temperature, and the relative humidity. The environmental factors influence the behavior of such important variables as stomatal aperture, the different diffusion resistances, and the kinetic fractionation. Then were proposed eight mathematical models that describes the relationship between rainfall isotopic composition, amount and erosivity for paleoclimatic studies. The trend founded in this research is that months with highest rainfall erosivity were less heavy isotopically. ?2H and ?18O were negatively correlated with erosivity and with the rainfall amount. The rainfall amounts were the higher negative correlation with the isotopic composition for this tropical region. In the third chapter, finally, it was evaluated if even Cuba being an island could be seen the classic effects of the isotopic hydrology as, continentality, rainfall amount and seasonality. As results, rainfalls in western Cuba are in general isotopically enriched in ?18O and ?2H in comparison with other regions at higher latitudes. The annual mean values for ?18O vary between (1 to -8) ? and for ?2H between (15 to -40) ?. Nevertheless, there is marked seasonal behavior, being the rainfalls heavier in winter and more depleted in summer, showing the established patterns for tropical region. The influence of the air masses movement on the rainfall isotopic behavior could be affirming the presence of the continental effect
Título em português
Isótopos estáveis das precipitações sobre Cuba ocidental
Palavras-chave em português
Chuva
Isótopos estáveis da água
Paleoclima
Transpiração
Resumo em português
Isótopos estáveis da água como 18O e 2H foram amplamente utilizados nos últimos 50 anos como traçadores em estudos climáticos e hidrológicos. Os isótopos estáveis da água têm propriedades físicas ligeiramente diferentes, incluindo uma energia latente diferente para as mudanças de fase, de modo que a concentração de isótopos da água se altera em mudanças da fase aquosa, fenômeno conhecido como fracionamento isotópico. Especificamente nos trópicos, os isótopos estáveis da água têm um comportamento muito particular, contrário ao nas regiões temperadas, pela influência dos grandes acumulados da chuva, altas temperaturas e umidade relativa. Cuba é uma ilha no meio do mar Caribe, onde estudos sobre a caracterização isotópica das precipitações nunca foram feitos. Para entender e explicar algumas questões relacionadas ao comportamento isotópico da precipitação nesta ilha, o trabalho de pesquisa foi desenvolvido fazendo uso de dados da área. O objetivo geral desta proposta de pesquisa é caracterizar a composição isotópica das chuvas no oeste de Cuba, incluindo a demonstração da influência da vegetação na composição isotópica da precipitação e determinar modelos matemáticos que descrevem a relação entre a quantidade e intensidade da chuva com a composição isotópica para futuros estudos paleoclimáticos. Para isto foram utilizados dados da Rede Global de Isótopos em Precipitação (GNIP) da Agência Internacional de Energia Atômica (AIEA). Assim, essa tese se apresenta em três capítulos. O primeiro capítulo trata da demonstração do fracionamento isotópico resultante da transpiração através da folha de árvores. A magnitude desse fracionamento é determinada por fatores ambientais, como o teor da água no solo, a quantidade da precipitação, a temperatura e a umidade relativa do ar. Os fatores ambientais influenciam o comportamento de variáveis tão importantes como a abertura estomática, as diferentes resistências de difusão e o fracionamento cinético. No segundo capítulo propõem-se oito modelos matemáticos que descrevem a relação entre a composição isotópica da precipitação, sua quantidade e erosividade, úteis para estudos paleoclimáticos. A tendência encontrada nesta pesquisa é que meses com chuvas mais erosivas foram menos pesadas isotopicamente. Os valores de ?2H e ?18O foram negativamente correlacionados com a erosividade e com os acumulados de precipitação, sendo que os acumulados de precipitação foram os de maior correlação negativa com a composição isotópica nesta região tropical. No terceiro capítulo foi avaliado se em Cuba, uma ilha, podiam ser detectados os efeitos clássicos da hidrologia isotópica. Os valores médios anuais para ?18O variam entre 1 e -8? e para ?2H entre 15 e -40?. No entanto, há um comportamento sazonal marcado, sendo as chuvas isotopicamente mais pesadas no inverno e mais leves no verão, mostrando os padrões estabelecidos para a região tropical. A influência do movimento das massas do ar sobre o comportamento isotópico da chuva pode afirmar a presença do efeito de continentalidade
 
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Data de Publicação
2018-05-21
 
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