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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.44.2020.tde-19102021-085528
Document
Author
Full name
Julio Cauhy Rodrigues
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Cruz, Francisco W. (President)
Shimizu, Marília Harumi
Uruchurtu, Juan Pablo Bernal
Title in English
Paleoclimate reconstruction based on high-resolution multiproxy geochemistry of speleothems from Paraná and São Paulo states, Brazil
Keywords in English
Cave floods
Climate reconstruction
Extreme precipitation events
Paleoclimate
Paleoflood
Speleothems
Abstract in English
One of the greatest limitations on evaluating climate changes impact and the occurrence of the extremes events resides in the limitation of historical data. In this context, speleothems records from cave galleries subjected to recurrent flood events are used to assess past frequency of extreme events. Detrital layers within speleothems deposited during flood recession are used here to reconstruct the occurrence of cave flood events for the last seven thousand years, allowing the study of these events beyond the pre-industrial period. Speleothems from Lage Branca and Malfazido caves are used here to reconstruct the frequency of cave paleo floods for the Mid-Late Holocene and for the last millennium, respectively. Well-resolved chronology for the speleothems were obtained by U/Th age method. Visual methods associated with PIXEs analysis were used to identify detrital layers associated with floods within the speleothems. Stable isotopes analyses were performed to access atmospheric-circulation conditions. Trace elements analysis (LA-ICP-MS) were performed for Malfazido speleothem and a previous record of trace element from Cristal cave are used. Correlation between the trace element ratios suggest that PCP and PAP are the main control in trace elements concentrations. Therefore, a novel high-resolution record is presented using principal component analysis for each speleothem that can account for most of the variance observed in the multivariate dataset. These PCs are used here as proxies for assess hydrological conditions in the cave sites by its relations with PCP and PAP. Statistical analysis of 18O with paleoclimate indices showed a possible link between the study area and SSTs anomalies from Atlantic and Pacific Ocean. Comparisons with paleoclimatic indices suggest that periods of high cave flood frequency in Malfazido cave may be related to SSTs anomalies associated with enhancement in SAMS activity over SESA or to El Niño-conditions and a possible link between extreme precipitation events and volcanic forcing is commented. Also, the paleoclimate reconstructions indicates that the transition between Middle and Late Holocene is marked by changing in the atmospheric circulation for conditions with higher South America Monsoon System (SAMS) activity and enhancement of summer rainfall as indicated by 18O and trace elements of speleothems from PETAR site. These changes are related to an abrupt increase in the paleoflood cave frequency after 4200 B.P., with a trend in 18O and trace elements indicating higher SAMS activity and wetter conditions. After 2000 B.P., Lage Branca cave may have been more susceptible to flood events due to increased summer precipitation, as showed by a hiatus in both speleothems characterized by a thick detrital layer. In summary, novel high resolution records of Malfazido and Cristal cave contribute in an unprecedented manner to understand the frequency of extreme precipitation events related to cave floods, and in which atmospheric-circulation and hydrological conditions that these changes in frequency; and the novel Lage Branca speleothems paleoflood record contribute to understand how low frequency cave flood can be affected by changes in the atmospheric circulation in response to change in the mean climate state associated with the modulations by insolation on the SAMS.
Title in Portuguese
Reconstrução paleoclimática baseada na geoquímica multiproxy de alta resolução de espeleotemas dos estados do Paraná e São Paulo
Keywords in Portuguese
Espeleotemas
Extremos de precipitação
Inundação em caverna
Paleoinundação
Abstract in Portuguese
Uma das maiores dificuldades na avaliação do impacto das mudanças climáticas na ocorrência de eventos extremos de precipitação reside na limitação dos dados históricos. Neste contexto, registros de espeleotemas de cavernas sujeitas a eventos recorrentes de inundação são utilizados para avaliar a frequência com que eles vêm ocorrendo nos últimos sete mil anos. Para isto, foi avaliada a ocorrência de camadas detríticas depositadas sobre os espeleotemas, indicativas de eventos de inundações em espeleotemas coletados nas cavernas Lage Branca e Malfazido. Estas formações foram precisamente datadas pelo método U/Th e apresentam altas taxas de crescimento, o que torna possível a reconstituição de eventos de alta frequência de inundação de cavernas no Leste do Paraná e Sul de São Paulo. A análise química pelo método PIXEs foi utilizado para auxiliar na identificação das camadas detríticas visíveis nos espeleotemas. Os dados isotópicos de 18O dos espeleotemas refletem mudanças no regime de chuvas monção de verão vs. extratropical de inverno. Os espeleotemas foram analisados quimicamente pele técnica de LA-ICP-MS e sugerem que a incorporação de elementos traços é controlado por mecanismos de PCP (prior-calcite precipitation) e PAP (prior-aragonite precipitation) nos espeleotemas CR-1 e MFZ-N-1, respectivamente. As análises de componentes principais (PCA) permitiram reduzir os conjuntos de dados multivariados de elementos traços, a ponto de facilitar a avaliação das condições hidrológicas na área de estudo através de suas relações com PCP e PAP. Análises estatísticas dos proxies juntamente com índices paleoclimáticos indicaram possíveis ligações entre a área de estudo e anomalias de TSMs dos Oceanos Atlânticos e Pacífico. Comparações com índices paleoclimáticos sugerem que períodos de alta frequência de eventos de inundação na caverna Malfazido podem estar relacionados a anomalias de TSM associadas ao aumento da atividade da SMSA sobre sudeste da América do Sul ou às condições similares ao El Niño. Além disso foi levantada uma possível ligação entre eventos extremos de precipitação e forçante vulcânica. As reconstituições das paleoinundações da caverna Lage Branca indicam que a transição entre o Holoceno Médio e Tardio é marcada pela mudança na circulação atmosférica para condições de maior atividade do Sistema de Monção da América do Sul (SMAS) juntamente com o aumento da chuva de verão indicados pelos registros de espeleotemas do Sudeste do Brasil. Essas mudanças são relacionadas a um aumento abrupto na frequência de paleoinundações na caverna após o ano de 4200 A.P., com uma tendência observada para os registros de 18O e elementos traços indicando maior atividade da SMAS e a condições mais úmidas até o período mais anômalo em 2000 A.P. Após este período, um hiato nos espeleotemas da Lage Branca marcado por uma camada detrítica grossa indica que os espeleotemas podem ter ficado mais sujeitos a condições de inundação devido ao aumento da precipitação de verão. Em resumo, novos registros de alta resolução contribuem de forma inédita no entendimento da frequência de eventos extremos de precipitação relacionados a inundações em cavernas, e em quais condições hidrológicas e de circulação atmosférica essas mudanças de frequência estão relacionadas. O novo registro de paleoinundação de espeleotemas da Lage Branca contribuem para entender como os eventos de inundações em cavernas podem ser afetados por mudanças na circulação atmosférica em resposta à mudança no estado médio do clima associado às alterações da SMAS pelas mudanças de insolação de verão
 
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Publishing Date
2021-10-19
 
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