IO - Programa de Pós-Graduação em Oceanografia Física, Química e Geológica
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- ItemÁguas Intermediárias do Oceano Austral: Análise histórica e projeções(2022) Almeida, Lucas Rodrigues de; Mata, Mauricio Magalhães; Mazloff, MatthewAs massas de água denominadas Água Intermediária Antártica (AAIW) e Água Modal Subantártica (SAMW) são formadas em regiões específicas ao redor do oceano Austral pelo processo de subducção. A teoria prediz que, em decorrência da atuação intensa dos ventos de oeste, combinado com perda de flutuabilidade, essas águas afundam para abaixo da camada de mistura e ventilam as regiões subtropicais do hemisfério sul, levando consigo grandes quantidades de calor e gás carbônico, sendo um processo chave para o sistema climático global. Neste estudo, é investigado como os modelos do Projeto de Intercomparação de Modelos Acoplados (CMIP) estão representando estas massas de água, focando nos processos envolvidos na sua variabilidade temporal e também nas regiões onde estas águas são formadas no oceano Austral. Para isto foram analisados os transportes de volume das AAIW/SAMW em 30oS e os fluxos oceano- atmosfera envolvidos neste processo (i.e., bombeamento de Ekman, fluxo de calor e de água doce), levando em conta tanto suas variações ao longo do tempo como suas distribuições espaciais. Foi encontrada uma alta variabilidade na intensidade dos transportes entre os modelos, sendo que a maioria superestima estes valores quando comparado com dados obtidos in situ. Através de uma correlação multivariada, foi demonstrado que as variabilidades destas massas de água são melhores explicadas utilizando os três fluxos em conjunto e os coeficientes resultantes destas análises são não-estacionários, variando ao longo do tempo, o que significa que eles inclusive alternam de dominância quando considerados em cenários climáticos futuros. Em relação às regiões de formação das massas de água, foi encontrada uma acurada performance dos modelos, considerando que na maioria destes elas se formam nas regiões apontadas em estudos observacionais: leste do setor Índico, Passagem de Drake e ao sul da África. E então, elas são exportadas para norte, principalmente pelas bordas dos três grandes oceanos, acompanhando a circulação dominante. Essas áreas não parecem mudar nos cenários futuros, apresentando apenas um pequeno decréscimo nos coeficientes das correlações multivariadas. Portanto, apesar de os modelos ainda apresentarem algumas carências nas representações das exportações das AAIW/SAMW, eles parecem formar estas massas de água nas regiões corretas e seguindo a relação com os fluxos oceano-atmosfera esperados.
- ItemProcessos controladores das trocas de CO2 entre o oceano e a atmosfera no oeste da Península Antártica e do Atlântico Tropical(2023) Silva, Thiago Monteiro da; Kerr, Rodrigo; Henley, SianO ciclo do carbono é fundamental para a regulação do clima na Terra e o fluxo de dióxido de carbono (CO2) entre o oceano e atmosfera (FCO2) é essencial para esse ciclo. Os oceanos têm desempenhado um importante papel em absorver o excesso de CO2 atmosférico devido às atividades humanas, principalmente através do crescimento do fitoplâncton em regiões com altas concentrações de nutrientes. Logo, conhecer a variabilidade espacial e temporal do FCO2 nessas regiões é fundamental para compreendermos os processos que o controlam e desacoplarmos as alterações naturais dos impactos devido às mudanças climáticas. Portanto, os processos oceanográficos e biogeoquímicos que controlam as concentrações de nutrientes e o FCO2 foram investigados em duas importantes regiões altamente dinâmicas e sob forte influência do aporte de água doce: o norte da Península Antártica (NAP) e o oceano Atlântico Tropical oeste (WTA). Para isso, robustas séries temporais foram analisadas para entender a variabilidade dos nutrientes no NAP (1996-2019) e do FCO2 no NAP (2002-2017) e no WTA (1993-2019). Foi descoberta uma alta variabilidade espacial e interanual nas concentrações dos nutrientes ao longo do NAP, devido principalmente à intensa mistura entre massas de água de distintas origens. Essa mistura é controlada majoritariamente pelos modos de variabilidade climática atuantes no oceano Austral. Além disso, o estreito de Gerlache, no sul do NAP, é uma região altamente favorável ao crescimento do fitoplâncton e, portanto, à intensa absorção de CO2 durante o verão. Na verdade, essa região libera CO2 para a atmosfera de abril a novembro (8 2 mmol m-2 dia-1), devido à influência de águas antigas, ricas em carbono remineralizado. No entanto, em apenas quatro meses (dezembro-março) a absorção de CO2 pelo fitoplâncton é tão intensa (–10 3 mmol m-2 dia-1) que quase compensa todo CO2 liberado. A atividade fitoplanctônica também exerce um papel crucial na absorção de CO2 no WTA (–1.6 1.0 mmol m-2 dia-1), principalmente na pluma do rio Amazonas (-5 3 mmol m-2 dia-1), que é responsáveis por mais de 85% dessa absorção. Além disso, as diferentes características biogeoquímicas das águas transportadas pelas correntes superficiais e a influência da pluma do rio Amazonas proporcionam uma alta variabilidade espacial do FCO2 no WTA. Essas informações revelam a importância das regiões estudadas nesse trabalho para o ciclo do carbono e que elas são muito mais sensíveis às alterações climáticas do que se pensava.
- Itemδ 13CDIC como indicador de processos biogeoquímicos e hidrodinâmicos no verão austral ao longo do estreito de Bransfield, Antártica(2024) Weirich, Yasmym Schutz de Vincenzi; Machado, Eunice da Costa; Duarte, Rodrigo Kerr; Cotovicz Junior, Luiz CarlosO oceano Austral é uma região sensível às mudanças climáticas, atuando como um importante sumidouro de dióxido de carbono (CO2) atmosférico e responsável pela formação de massas de água e a distribuição das mesmas pelo globo. O carbono inorgânico dissolvido (DIC) nos oceanos é composto principalmente por íons bicarbonato (HCO3-) e carbonato (CO32-), mas também de CO2 e ácido carbônico (H2CO3), e é insumo fundamental para a fotossíntese e produtividade primária marinha. Assim, este trabalho teve como objetivo contribuir para a compreensão da dinâmica do ciclo do carbono e suas interações com variáveis oceanográficas no estreito de Bransfield, norte da Península Antártica. Pela primeira vez, até onde conhecemos, a razão isotópica estável do DIC (δ13CDIC) foi investigado na região. O estreito de Bransfield é caracterizado por propriedades físico-químicas da água do mar dinâmicas, predominantemente influenciadas por duas massas de água de origem principais: Circumpolar Deep Water (CDW); e Dense Shelf Water (DSW). O estudo revelou o papel dominante da CDW, representando cerca de 60% da mistura de massa de água na região e restringindo a contribuição da DSW principalmente para a camada profunda. Este destaque é acentuado por um índice positivo do Modo Anular Sul. As composições isotópicas de δ13CDIC na coluna de água exibem variações nas dimensões verticais e horizontais. Verticalmente, os processos biogeoquímicos predominantemente moldam a distribuição δ13CDIC. A fotossíntese enriquece a água superficial com o isótopo de carbono mais pesado, com composição variando de δ13CDIC variando de 2 a 1,5‰, enquanto a remineralização da matéria orgânica a empobrece abaixo da camada de mistura com composição variando de 0 a –2‰. Horizontalmente, a distribuição do 13CDIC é influenciada pela maior contribuição das massas de água de cada fonte e pela sua dinâmica de transporte. Verifica-se que o fracionamento termodinâmico contribui para o enriquecimento de 13CDIC (~1 a 1,5‰) na CDW no estreito de Bransfield. Por outro lado, a predominância da DSW (mais recente e fria) exibe valores menores de δ13CDIC (–1 a –2‰). Portanto, δ13CDIC pode ser utilizado como traçador para os processos biogeoquímicos e hidrodinâmicos do Estreito de Bransfield.
- ItemDinâmica de CO2 em um vórtice estacionário anticiclônico no norte da península antártica(2022) Damini, Brendon Yuri; Pereira, Rodrigo Kerr Duarte; Dotto, Tiago SegabinazziO oceano Austral é uma região chave para entender os fatores ambientais que regulam as trocas de dióxido de carbono (CO2) na interface oceano– atmosfera. Estas trocas podem ser influenciadas por estruturas de mesoescala presentes nos oceanos (e.g., meandros, vórtices e outras feições responsáveis pela dissipação de energia). Com o objetivo de ter uma melhor compreensão da dinâmica do CO2 na interface oceano-atmosfera no norte da Península Antártica, investigamos um vórtice estacionário anticiclônico localizado ao sul da ilha Clarence, na bacia leste do estreito de Bransfield. Dados físicos, químicos, biológicos e de sensoriamento remoto foram obtidos na região em fevereiro de 2020 (final do verão austral). Com isso, o vórtice mostrou ser um grande corpo de água com um núcleo frio (0,31 ºC), salgado (34,38), alta concentração de carbono inorgânico dissolvido (2247 μmol kg−1) e desoxigenado (337 μmol kg−1). Além disso, o núcleo do vórtice retém uma mistura de águas superficiais locais e Água Profunda Circumpolar modificada advectadas pela corrente de Bransfield com águas derivadas da Água Profunda Circumpolar provenientes do mar de Weddell (i.e., Água Cálida Profunda). Outrossim, o vórtice aqui amostrado atua como uma estrutura de liberação de CO2 para a atmosfera e emite ~1,50 mmol m–2 d–1 Este comportamento é devido ao aumento do carbono inorgânico dissolvido em seu interior, cuja concentração é modulada pela (i) ressurgência de águas intermediárias ricas em CO2, (ii) pela baixa produtividade primária dentro do vórtice, a qual está associada a pequenas células fitoplanctônicas, como criptófitas e flagelados verdes, e por (iii) processos de respiração causados por organismos heterotróficos (i.e., comunidade zooplanctônica). Os resultados reportados nesse estudo são fundamentais para levantar novos insights para uma melhor compreensão do comportamento dessas feições de mesoescala, e como estas estruturas influenciam as trocas de CO2 oceano–atmosfera.
- ItemVariabilidade espaço-temporal dos parâmetros do sistema carbonato no estreito de Bransfield, norte da Península Antártica(2022) Andrade, Maurício Santos; Pereira, Rodrigo Kerr DuarteO estreito de Bransfield é um hotspot climático localizado ao norte da Península Antártica. Essa região é caracterizada como um ambiente de alta mistura de águas relativamente mais quentes do mar de Bellingshausen com águas densas de plataforma oriundas do mar de Weddell. Ainda, a camada profunda da bacia central do estreito (> 800 m) detém a capacidade de preservar assinaturas de alterações hidrográficas que estão ocorrendo na plataforma continental do noroeste do mar de Weddell. Dessa forma, essa dissertação visa avaliar as alterações de longo prazo da química do sistema carbonato no estreito de Bransfield. A configuração hidrográfica, caracterizada pela mistura entre a fração modificada da Água Profunda Circumpolar e da Água Densa de Plataforma (DSW), controla a variabilidade temporal do sistema carbonato. Ao longo das últimas três décadas (1996 – 2019), a bacia oeste apresentou tendências de redução de pH, na escala seawater – pHsws, que variaram de –0,003 a –0,017 unidades de pHsws ano–1, enquanto a saturação de carbonato de cálcio (Ω) apresentou tendência de –0,010 a –0,070 unidades de Ω ano–1 ao longo de toda a coluna de água. Essas tendências são mais intensas do que quaisquer outras estimativas reportadas para zonas costeiras e oceano aberto ao redor da Antártica. A bacia central foi caracterizada pelas altas contribuições de DSW, visto que a ventilação dos níveis profundos da bacia responde às altas concentrações de dióxido de carbono (CO2) dissolvido na água do mar antes desta deixar o contato com a atmosfera, ainda no mar de Weddell. Somado a esse processo, a camada profunda da bacia central apresentou ser afetada por decomposição de matéria orgânica, controlando a variabilidade do sistema carbonato. Com baixo grau de variabilidade interanual para todos os parâmetros da química do carbonato, a bacia leste provavelmente está associada com processos de mistura interna mais acentuados e/ou diferentes composições de águas-fontes. A alta contribuição de DSW para a bacia central do estreito de Bransfield pode conduzir a um mais rápido incremento de CO2 (ocasionado pelo aumento da concentração na atmosfera devido as ações antrópicas) e, assim, um mais rápido alcance do limite de saturação desse gás quando comparado à bacia oeste, que é influenciada principalmente por processos naturais. Portanto, o estreito de Bransfield atua como uma região sentinela de alterações biogeoquímicas ocorrendo no entorno do norte de Península Antártica, podendo assumir um papel importante na assimilação de mudanças temporais dos parâmetros do sistema carbonato ocorrendo no oceano Austral.
- ItemProdução e exportação de águas profundas no entorno do Continente Antártico(2010) Pereira, Rodrigo Kerr Duarte; Mata, Mauricio Magalhães; Heywood, Karen JoyA interação entre a variabilidade das águas-fonte (águas de plataforma e em níveis intermediários) da Água de Fundo Antártica (AABW) e a produção e exportação destas águas profundas nas margens continentais Antárticas foi investigada utilizando-se a simulação do modelo geral de circulação oceânica OCCAM 1/12°. A variabilidade sazonal e interanual dos transportes de volume da AABW foram investigadas para os setores regionais do oceano Austral. A produção e exportação da AABW variam, principalmente, em períodos de escalas interanuais com períodos dominantes de 2-4 anos. As variedades regionais da AABW simuladas pelo modelo foram identificadas, sendo suas taxas de exportação para os oceanos globais em concordância com estudos observacionais. O mar de Weddell é a principal área exportadora ao redor do continente, contribuindo com 63% da AABW para os oceanos globais. Os Setores Oceano Índico e Oceano Pacífico Oeste contribuem juntos com 28%, enquanto o Setor Mar de Ross contribui apenas com 9% da AABW exportada da região Antártica. As frentes de talude possuem um papel importante para a exportação lateral da AABW ao redor das margens continentais. As alterações sofridas pelas águas-fonte, e.g. devido a longos períodos de dessalinização ou aquecimento, afetam a produção e a exportação da AABW significativamente. Maiores volumes de exportação de AABW a partir dos mares de Weddell e Ross são associados com as condições climáticas de eventos de La Niña, marcados pela presença do Dipolo Antártico no campo de gelo marinho, pela intensificação da Corrente Circumpolar Antártica e pela desaceleração dos giros ciclônicos associados aos mares de Ross e Weddell. Períodos positivos do índice do Modo Anular Sul (SAM) atuam por modular a intensidade da produção e exportação da AABW. Durante períodos de máxima exportação da AABW a densidade das águas profundas exportadas é, em geral, mais densa que a média, mostrando o link entre os processos costeiros de plataforma com o oceano profundo.
- ItemProdução e exportação de águas profundas no entorno do continente antártico(2010) Pereira, Rodrigo Kerr Duarte; Mata, Mauricio Magalhães; Heywood, Karen JoyA interação entre a variabilidade das águas-fonte (águas de plataforma e em níveis intermediários) da Água de Fundo Antártica (AABW) e a produção e exportação destas águas profundas nas margens continentais Antárticas foi investigada utilizando-se a simulação do modelo geral de circulação oceânica OCCAM 1/12°. A variabilidade sazonal e interanual dos transportes de volume da AABW foram investigadas para os setores regionais do oceano Austral. A produção e exportação da AABW variam, principalmente, em períodos de escalas interanuais com períodos dominantes de 2-4 anos. As variedades regionais da AABW simuladas pelo modelo foram identificadas, sendo suas taxas de exportação para os oceanos globais em concordância com estudos observacionais. O mar de Weddell é a principal área exportadora ao redor do continente, contribuindo com 63% da AABW para os oceanos globais. Os Setores Oceano Índico e Oceano Pacífico Oeste contribuem juntos com 28%, enquanto o Setor Mar de Ross contribui apenas com 9% da AABW exportada da região Antártica. As frentes de talude possuem um papel importante para a exportação lateral da AABW ao redor das margens continentais. As alterações sofridas pelas águas-fonte, e.g. devido a longos períodos de dessalinização ou aquecimento, afetam a produção e a exportação da AABW significativamente. Maiores volumes de exportação de AABW a partir dos mares de Weddell e Ross são associados com as condições climáticas de eventos de La Niña, marcados pela presença do Dipolo Antártico no campo de gelo marinho, pela intensificação da Corrente Circumpolar Antártica e pela desaceleração dos giros ciclônicos associados aos mares de Ross e Weddell. Períodos positivos do índice do Modo Anular Sul (SAM) atuam por modular a intensidade da produção e exportação da AABW. Durante períodos de máxima exportação da AABW a densidade das águas profundas exportadas é, em geral, mais densa que a média, mostrando o link entre os processos costeiros de plataforma com o oceano profundo.
- ItemTendências recentes das propriedades termohalinas na camada superior do Oceano Austral(2018) Miranda, Jônatas Filipe Aires; Mata, Mauricio MagalhãesAtualmente, a Terra passa por mudanças climáticas que são responsáveis pelo aumento de temperatura atmosférica e oceânica. O hemisfério sul do planeta concentra a maior parte das alterações percebidas no oceano e cerca de 80% do aquecimento do hemisfério sul acontece no Oceano Austral, na faixa circumpolar ao sul de 30°S. Neste cenário, o presente trabalho investigou como as alterações nas camadas superficiais do Oceano Austral se propagam para o interior da coluna da água, especificamente através das alterações em suas características termohalinas médias, utilizando dois produtos de Reanálises Oceânicas (UR025.4 e GLORYS2V3), que abrangem o período de 1993 a 2014, e uma climatologia derivada de dados do sistema Argo, no período de 2004 a 2015. O Oceano Austral está, em sua maior parte, aquecendo, porém uma região ao sul de 50°S mostra uma tendência de resfriamento de menor magnitude do que o aquecimento. Tanto o aquecimento quanto o resfriamento podem ser consequência da tendência positiva do Modo Anular do Sul, que intensifica e desloca o cinturão de ventos oeste para sul, aumentando o transporte de Ekman para norte. Isto, por sua vez, traz águas mais frias de latitudes mais altas, o que causa o resfriamento ao sul de 50°S. À medida que esta água é transportada para norte, absorve calor e em torno de 45°S sofre subducção, levando esse calor para o interior da coluna de água. Em relação à salinidade, os resultados mostraram que regiões mais salinas estão tendo a salinidade aumentada e regiões menos salinas estão passando por um processo de dessalinização. Isto sugere uma intensificação do ciclo hidrológico, i.e., aumento nas taxas de evaporação e precipitação. Também há a atuação do gelo marinho, que com o Transporte de Ekman intensificado para norte, está transportando uma maior quantidade de gelo marinho. O eventual derretimento deste gelo contribui para uma diminuição da salinidade no Oceano Austral.
- ItemEstudo da performance das sondas tipo XBT no Oceano Austral(2016) Santos, Natalia Ribeiro; Mata, Mauricio Magalhães; Azevedo, José Luiz Lima deVários estudos têm observado um aquecimento mais proeminente do oceano Austral quando comparado a outras regiões oceânicas do planeta em resposta às mudanças climáticas globais. No entanto, a grande maioria dos dados de temperatura disponíveis para essa região é formada por perfis de sondas tipo XBT (eXpendable BathyTermographers). Estas sondas não estão equipadas com um sensor de pressão e, portanto, não podem medir a profundidade de forma direta. A profundidade é calculada por uma equação de taxa de queda (FRE) oferecida pelo fabricante, que não parece representar adequadamente as condições extremamente frias e de alta viscosidade da região. O XBT cai mais lentamente do que o estimado pela FRE e, assim, leva a uma superestimação no conteúdo de calor (OHC). Neste estudo, um conjunto de 147 pares colocados de XBT (tipo DB / T7) e CTD, obtidos a partir do World Ocean Database (2013) e separados por uma distância máxima de 12,5 mn e intervalo inferior a 10 horas são considerados. Os métodos de correção de Hanawa et al. [1995] e Cheng et al. [2014] foram aplicados aos pares, com o último produzindo melhores resultados. A FRE da Sippican demonstrou ter um melhor desempenho em latitudes altas do que no resto do oceano, superestimando a profundidade em apenas 2%. Para os pares da Passagem Drake (43), do Sul da África (39) e do Sul da Tasmânia (65), encontramos que os coeficientes ideais mudam -0,88%, -1,4% e -2,2% em relação aos valores originais, respectivamente. A FRE ideal para o oceano Austral foi determinada utilizando todos os pares, sendo definida como . No que diz respeito às diferenças no OHC, apesar de todas as correções, os resultados mostram uma superestimação de calor para a camada superior do oceano, em uma média de aproximadamente 2,9617 xJ ˚C (ou 10%). No geral, os resultados apoiam ainda mais a hipótese de uma dependência regional da FRE da temperatura da água, e sugerem a necessidade de desenvolver um sistema de correção da profundidade específico para as regiões polares.