Conexões climáticas entre os Andes tropicais e a Amazônia no registro de aerossóois em testemunho de gelo do Nevado Illimani

As geleiras tropicais Andinas arquivam informações ambientais importantes para a validação de modelos climáticos utilizados na previsão de tendências na precipitação sobre a América do Sul tropical, que possibilitam o desenvolvimento de estratégias de mitigação e adaptação frente aos cenários de mudança climática nessa região. Nesse contexto, esta tese investiga um testemunho de firn com 23,8 m de profundidade perfurado no Nevado Illimani (16°37’S; 67°46’O, 6.350 m acima do nível do mar, Bolívia), com o objetivo de obter proxies ambientais, principalmente relacionadas ao transporte de umidade da bacia Amazônica para os Andes. O testemunho passou por etapas de processamento e análise em três laboratórios, no EuroCold (Universidade Milano-Bicocca, Itália), no Climate Change Institute (Universidade do Maine, EUA) e no Institut des Géosciences de l’Environnement (Universidade Grenoble-Alpes, França). As partículas de poeira presentes no testemunho foram analisadas quanto a sua concentração, distribuição de tamanhos, mineralogia e composição. Na integralidade da matriz de firn foram determinados os íons majoritários, os elementos traço e as razões de isótopos estáveis (dD e d18O). O testemunho cobre um período de 18 anos (1999–2017), conforme datação baseada na variabilidade sazonal das concentrações de poeira e Ca2+, e de dD. A comparação das análises com informações atmosféricas atuais (observações meteorológicas, modelos de reanálise e imagens de satélite) permitiu a identificação de proxies ambientais. Foi observado que a proporção de partículas gigantes (diâmetro > 20 μm), quando considerada junto com o dD, responde à convecção profunda sobre o Altiplano Boliviano durante o verão, que por sua vez está relacionada ao fenômeno El Niño-Oscilação Sul. Os fatores de enriquecimento do Mn estão correlacionados (no nível de significância de 95%) com a intensidade dos jatos de baixos níveis sobre a bacia Amazônica durante o inverno. A expansão temporal do registro de poeira pelo uso dos dados de um testemunho extraído do Illimani em 1999, permitiu investigar a relação entre a poeira e o rápido degelo dos Andes tropicais nas últimas décadas. A proporção de partículas de poeira grossa (diâmetro entre 10 e 20 μm) durante o período 1919–2017 responde a uma troposfera mais quente e à redução no transporte de umidade da bacia Amazônica para os Andes, causada pelo aquecimento do oceano Atlântico tropical norte. Em contrapartida, a contaminação por Cr durante o século XXI mostrou uma redução quando comparada ao final do século XX, provavelmente devido ao maior controle na emissão de poluentes em atividades ligadas à mineração.Andean tropical glaciers store valuable environmental information to validate climate models used to forecast precipitation trends over tropical South America, which enable the development of mitigation and adaptation strategies for climate change scenarios in that region. In this context, this thesis investigates a 23.8 m deep firn core from Nevado Illimani (16°37’S; 67°46’W, 6.350 m above the sea level, Bolivia) in order to obtain environmental proxies, in particular the moisture transport from the Amazon basin towards the Andes. The core was processed and analyzed in three laboratories: the EuroCold (University Milano-Bicocca, Italy), the Climate Change Institute (University of Maine, USA) and the Institut des Géosciences de l’Environnement (University Grenoble-Alps, France). Dust particles were analyzed for their concentration, size distribution, mineralogy and composition. The bulk firn matrix was analyzed for major ions, trace elements and stable isotopes (dD and d18O). The core spans 18 years (1999–2017) based on seasonal oscillations of dust and Ca2+ concentrations, and dD. Environmental proxies were obtained by comparing the measurements with recent atmospheric information (meteorological observations, reanalysis models and satellite images). The proportion of giant dust particles (diameter > 20 μm), when considered together with dD, responds to summer deep convection over the Bolivian Altiplano, which in turn is related to the El Niño Southern Oscillation. The Mn enrichment factors are correlated (at the 95% significance level) with the winter low level jets intensity over the Amazon basin. The temporal expansion of the dust record, by using data from an ice core drilled in 1999 at the Illimani, allowed a relationship between the dust and the fast retreat of the tropical Andean glaciers over the last decades. The proportion of coarse dust particles (diameters between 10 and 20 μm) during the 1919–2017 period responds to a warmer troposphere and to the reduction in moisture transport from the Amazon basin to the Andes, caused by the warming of the tropical North Atlantic Ocean. On the other hand, Cr contamination reduced during the 21st century, when compared to the late 20th century, most probably because a higher pollutant emission control by mining related activities

Prefacing unexplored archives from Central Andean surface-to-bedrock ice cores through a multifaceted investigation of regional firn and ice core glaciochemistry.

Shallow firn cores, in addition to a near-basal ice core, were recovered in 2018 from the Quelccaya ice cap (5470 m a.s.l) in the Cordillera Vilcanota, Peru, and in 2017 from the Nevado Illimani glacier (6350 m a.s.l) in the Cordillera Real, Bolivia. The two sites are ~450 km apart. Despite meltwater percolation resulting from warming, particle-based trace element records (e.g. Fe, Mg, K) in the Quelccaya and Illimani shallow cores retain well-preserved signals. The firn core chronologies, established independently by annual layer counting, show a convincing overlap indicating the two records contain comparable signals and therefore capture similar regional scale climatology. Trace element records at a ~1?4 cm resolution provide past records of anthropogenic emissions, dust sources, volcanic emissions, evaporite salts and marine-sourced air masses. Using novel ultra-high-resolution (120 ?m) laser technology, we identify annual layer thicknesses ranging from 0.3 to 0.8 cm in a section of 2000-year-old radiocarbon-dated near-basal ice which compared to the previous annual layer estimates suggests that Quelccaya ice cores drilled to bedrock may be older than previously suggested by depth-age models. With the information collected from this study in combination with past studies, we emphasize the importance of collecting new surface-to-bedrock ice cores from at least the Quelccaya ice cap, in particular, due to its projected disappearance as soon as the 2050s

Ice core chemistry database: an Antarctic compilation of sodium and sulfate records spanning the past 2000 years

Changes in sea ice conditions and atmospheric circulation over the Southern Ocean play an important role in modulating Antarctic climate. However, observations of both sea ice and wind conditions are limited in Antarctica and the Southern Ocean, both temporally and spatially, prior to the satellite era (1970 onwards). Ice core chemistry data can be used to reconstruct changes over annual, decadal, and millennial timescales. To facilitate sea ice and wind reconstructions, the CLIVASH2k (CLimate Variability in Antarctica and the Southern Hemisphere over the past 2000 years) working group has compiled a database of two species, sodium [Na+] and sulfate [SO2− 4 ], commonly measured ionic species. The database (https://doi.org/10.5285/9E0ED16E-F2AB4372-8DF3-FDE7E388C9A7; Thomas et al., 2022) comprises records from 105 Antarctic ice cores, containing records with a maximum age duration of 2000 years. An initial filter has been applied, based on evaluation against sea ice concentration, geopotential height (500 hPa), and surface wind fields to identify sites suitable for reconstructing past sea ice conditions, wind strength, or atmospheric circulation

Ice core chemistry database: an Antarctic compilation of sodium and sulfate records spanning the past 2000 years

Changes in sea ice conditions and atmospheric circulation over the Southern Ocean play an important role in modulating Antarctic climate. However, observations of both sea ice and wind conditions are limited in Antarctica and the Southern Ocean, both temporally and spatially, prior to the satellite era (1970 onwards). Ice core chemistry data can be used to reconstruct changes over annual, decadal, and millennial timescales. To facilitate sea ice and wind reconstructions, the CLIVASH2k (CLimate Variability in Antarctica and the Southern Hemisphere over the past 2000 years) working group has compiled a database of two species, sodium [Na+] and sulfate [SO2− 4 ], commonly measured ionic species. The database (https://doi.org/10.5285/9E0ED16E-F2AB4372-8DF3-FDE7E388C9A7; Thomas et al., 2022) comprises records from 105 Antarctic ice cores, containing records with a maximum age duration of 2000 years. An initial filter has been applied, based on evaluation against sea ice concentration, geopotential height (500 hPa), and surface wind fields to identify sites suitable for reconstructing past sea ice conditions, wind strength, or atmospheric circulation

Variabilidade do conteúdo iônico da neve e do firn ao longo de um transecto Antártico

A travessia antártica chileno-brasileira entre Patriot Hills (80º18’S, 81º21’W) e o Polo Sul geográfico, ocorrida no verão de 2004–2005 coletou cinco testemunhos de gelo que tiveram suas camadas mais superficiais analisadas por cromatografia iônica e por espectrometria de massa. Cada uma dessas técnicas determinou os íons Na+, K+, Mg2+, Ca2+, MS-, Cl-, NO3- e SO42- e a razão isotópica δD, respectivamente. Visando interpretar a variabilidade desses parâmetros ao longo do transecto e, também, durante o período abrangido por cada amostra, os testemunhos de gelo foram datados (utilizando a contagem anual de camadas de neve e firn dos parâmetros Na+, nssSO42- e δD) e, na sequência, a taxa média de acumulação anual de neve foi determinada para cada sítio onde os testemunhos de gelo foram coletados. Os aerossóis do sal marinho foram identificados a partir dos registros de Na+ e, nos três sítios mais próximos à costa foram, ainda, registradas deposições de aerossóis provenientes da formação de gelo marinho. Já as espécies ácidas produzidas na troposfera a partir de reações com spray marinho foram as espécies predominantes nos sítios mais continentais. A contribuição biogênica (expressa pelo registro de MS-), assim como, os registros de NO3- responderam a processos pós-deposicionais, de natureza tanto física como química.Five ice cores collected during the 2004–2005 Chilean-Brazilian Antarctic traverse, from Patriot Hills (80º18’S, 81º21’W) to the South Pole, had their uppermost layers chemically analyzed. The ion chromatography technique measured Na+, K+, Mg2+, Ca2+, MS-, Cl-, NO3- and SO42- concentrations. The mass spectrometry measured δD ratios. In order to interpret the spatial and the temporal variability of these parameters, this work dated the ice cores by counting the annual layers, using Na+, nssSO42- and δD profiles. Then it determined the net mean accumulation rates for each sampling site. The Na+ registers identified sea salt aerosols and sea ice aerosols only for the three sites located closer to the cost. The acid species produced on troposphere by reactions with sea spray predominated at the most inland sites. The biogenic contributions (expressed by MS- registers) as the NO3- concentrations responded to both physical and chemical post depositional processes

Estudo da qualidade do ar na região urbana de Porto Alegre: variabilidade das concentrações do parâmetro partículas inaláveis

As concentrações de partículas inaláveis (PM10) medidas em Porto Alegre por três estações de monitoramento da qualidade do ar localizadas na zona urbana do município, no período de janeiro de 2009 a agosto de 2011, foram analisadas. A estação Centro da Secretaria Municipal do Meio Ambiente (SMAM) forneceu concentrações médias horárias e diárias de PM10, enquanto as duas estações da Fundação de Proteção Ambiental do Rio Grande do Sul (FEPAM) forneceram concentrações médias diárias, a cada seis dias, de PM10. Dados meteorológicos diários foram obtidos de três diferentes pontos de monitoramento no município. Analisou-se a variabilidade espacial na concentração de PM10, entre as três estações e analisaram-se, também, as variabilidades horária, diária, mensal e anual, mas essas somente para a estação Centro. Utilizou-se o método da análise de variância de um fator, com o auxílio do método de Tukey para indicar entre quais grupos houve diferenças significativas. As concentrações obtidas estavam, todas, abaixo do padrão estabelecido pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA). A zona Norte de Porto Alegre, os períodos da manhã e da noite, os meses de inverno e o ano de 2011 apresentaram as maiores concentrações médias de PM10, com diferenças significativamente maiores em relação às outras condições. Destacaram-se, como prováveis motivos para tais resultados, os eventos de inversão térmica de superfície bem como a influência de emissões oriundas de outras regiões, como as grandes queimadas e as erupções vulcânicas

Ionic content in an ice core from the West Antarctic Ice Sheet: 1882-2008 A.D.

ABSTRACT: The study of atmospheric aerosols through polar ice cores is one of the most common and robust tools for the investigation of past changes in the circulation and chemistry of the atmosphere. Only a few subannual resolution records are available for the development of paleochemical and environmental interpretations. Here, we report the ionic content record for the period of 1882-2008 A.D. in an ice core recovered at the ice divide of the West Antarctic Ice Sheet. The ion concentrations found in the core were determined by ion chromatography on more than 2,000 samples and the basic statistics were calculated for major inorganic and organic ions. The dating of the core layers was based on the seasonality of SO 4 2- , NO 3 - , and Na + , checked by the identification of the Krakatau (1883), Agung (1963) and Pinatubo/Hudson (1991) volcanic eruption signals. Significant aerosol input events were identified and grouped considering the ions present, their provenance and the season. The ionic balance, together with the decomposition of some origin indicators, showed that 36% of the ionic charge is derived from sea salt aerosols, 13% from mineral dust, and 17% from biogenic marine activity, while 34% are mainly products of chemical reactivity in the atmosphere