Process control in the geneses and evolution of a lagoon-barrier system inside of the patos lagoon, south of Brazil

The origin and geological evolution of a complex of a beach ridgeplain in the Feitoria lagoon-barrier, located on the western margin of the southern cell Patos lagoon, Brazil was influenced by the interactions between the alocyclic (climate change and relative sea level) and autocyclic (sediment supply, waves, longshore drift and storm surges) forcing. The study of this regressive beach ridgeplain included the analysis of orthophotos; topographic detail (PRO-XRS Trimble®-post-processed); and shallow geophysical data with Ground Penetrating Radar (GPR), 150, 200 and 400 MHz antennae, combined with facies analysis and radiocarbon dating (AMS) and Optically Stimulated Luminescence (OSL) from shallow borehole samples. The analysis of orthophotos allowed for the definition of at least nine morphologically distinct series of progradation, marked by truncations of progressive orientation changes. The integration of topographically corrected GPR data, sedimentary records, and geochronological data determined the beginning of the progradation occurred at 7.2 kaBP. At the beginning of progradation, the low tide terrace was at the height of 1.9m (EGM96) Above the Sea Current Level (ASCL). The swash zone was in the 2.5m, and the crest reached 4.3m ASCL. Currently, the low tide terrace quota is -0.4m, the swash zone to 0.3m and the crest reaches 2.1m ASCL. Among other factors, the fall of the lagoon base levels was associated with sea level fall during the Holocene regression. However, crest construction control is dependent on the lagoon base level oscillation, which in turn is controlled by the precipitation regime and storms surges. Moreover, these results suggest that the orientation of the ridges was controlled by changes in the internal lagoon hydrodynamics, due to the progressive narrowing of the lagoon connection with the open ocean

The hydrological response of Northeastern Brazil during \ud last deglaciation

Paleociimate proxy and numerical modelling data suggest prominent change in precipitation over lowland tropical South America during last deglaciation. The hydrography of Northeastem Brazil under such change in precipitation, however, remains poorly investigated. Unresolved issues relate to the possible change in sources and amounls of terrigenous input delivered to the continental slope off Northeastern Brazil. Here we analyzed a set of marine sediment cores retrieved from off the Parnaíba River Delta during research cruise MSM20/3 that provide an excellent opportunity to \ud address these issues. Detailed radiocarbon-based age models indicate that the sedimentation rates at our core sites increased significantly from ~ 20 cm/kyr during the Last Glacial Maximum to ~70 cm/kyr during Heinrich Stadial1, and then back to ~ 20 cm/kyr during the Bolling-Allerod. One possibility for this extreme rise in sedimentation rate is the simulated reversal of the North Brazil Current and lhe supposed input of Amazonian sediment to the continental slope off the Parnaiba River Delta. Here \ud our Nd isotopic data will help to disentangle the different sedimentary sources since the terrigenous supply from the Parnaíba and the Amazon Rivers have considerably different signatures. The ENd(O) measurement of modern sediment samples (i.e., soil, river suspended sediment load), to be collecled over Northeastem Brazil and already available marine surface and downcore results will greatly contribute to clarify possible change in the terrigenous sources. Our data shed new light into our knowledge of the coupled hydrological process (i.e., fluvial erosion and weathering) over Northeastem \ud Brazil and its relationship with the Atlantic Meridional Oceanic Circulatio

Sistemas deposicionais eólicos quaternários na costa centro-sul catarinense: relações com o nível do mar

O controle exercido pelo nível relativo do mar (NRM) na construção do registro estratigráfico tornou-se um paradigma da geologia sedimentar. Sob este paradigma, foi elaborado o modelo da estratigrafia de seqüências, que divide os depósitos sedimentares em unidades estratigráficas (seqüências deposicionais) separadas entre si por inconformidades (limite de seqüências) ou conformidades correlativas geradas durante fases com NRM em declínio. O caráter cíclico e global das variações do NRM confere elevada capacidade de correlação e previsão a este modelo. Concebido de início para interpretar o registro estratigráfico observado em seções sísmicas, ele foi depois aplicado, com adaptações, a afloramentos, testemunhos de sondagem e perfis de sondagens geofísicas. As parasseqüências, unidades básicas das seqüências deposicionais, variam conforme o sistema deposicional. Sua definição pressupõe o conhecimento de como as fácies sedimentares do sistema em questão se relacionam ao NRM. Neste contexto, insere-se o problema motivador deste estudo: a análise da correlação entre sistemas deposicionais eólicos costeiros e as variações do NRM durante o Quaternário. Se associados à queda de NRM, os sistemas eólicos costeiros quaternários seriam originados pelo retrabalhamento de sedimentos da plataforma expostos durante a regressão forçada. Se associados à elevação de NRM, resultariam da erosão costeira provocada pela transgressão. Na hipótese de NRM em declínio, a manutenção de sistemas eólicos por longo tempo é improvável, pois a exposição dos sedimentos da plataforma acima do nível de maré alta favorece sua estabilização por cimentação precoce ou pela vegetação. Há trabalhos que sugerem que o avanço de campos de dunas transgressivos em diversas partes do mundo é resultado da erosão costeira provocada pela subida de NRM ocorrida após a última glaciação (Würm). Uma compilação de idades de deposição de sedimentos eólicos costeiros de diferentes continentes corrobora esta suposição. Com base nisso, elegeu-se o aporte eólico induzido pela erosão costeira como hipótese fundamental deste estudo. A ascensão de NRM induz erosão costeira para restabelecer o perfil de equilíbrio da superfície deposicional. Para alguns autores, caso haja regime de ventos adequado, os sedimentos em desequilíbrio na antepraia são transportados também para o continente, podendo formar campos de dunas. Um novo equilíbrio é atingido com o término da fase de NRM ascendente e o esgotamento da fonte sedimentar eólica, o que favorece a estabilização do campo de dunas. Durante a queda de NRM, os depósitos eólicos são intemperizados e erodidos. Logo, episódios de acumulação eólica costeira induzidos por oscilações glacioeustáticas quaternárias equivalem, em termos genéticos, a seqüências deposicionais de quarta ordem (ciclicidade de milhares de anos). As seqüências eólicas seriam caracterizadas por uma fase inicial com aporte crescente e por uma fase final com aporte decrescente. Com o término da subida do NRM, ocorre esgotamento gradual da fonte de sedimentos eólicos. Desse modo, tem-se diminuição de aporte eólico e queda da taxa de acumulação. Conseqüentemente, verifica-se uma elevação do tempo de permanência dos sedimentos sob a ação dos processos deposicionais, o que favorece a ação e o registro de eventos com baixa freqüência de ocorrência. Os depósitos eólicos do litoral centro-sul catarinense foram subdivididos em duas \"seqüências deposicionais eólicas\" (seqüências eólicas 1 e 2), separadas entre si por uma inconformidade. A seqüência eólica 1, mais antiga, associa-se à elevação eustática do interglacial Riss-Würm e a seqüência eólica 2, mais jovem e ainda em atividade, à ascensão eustática posterior à glaciação Würm. Utilizaram-se idades TL/LOE para checar a cronologia das duas seqüências eólicas estabelecida pelo modelo teórico. Confirmou-se a existência de hiato deposicional entre elas e sua correspondência com as fases de NRM ascendente. Como decorrência do modelo apresentado, devem existir, no Brasil e em outras partes do mundo, depósitos eólicos correlatos às duas seqüências eólicas do litoral centro-sul catarinense. A relação entre aporte eólico e NRM serve de guia para a elaboração de modelos de fácies capazes de integrar os sistemas eólicos costeiros à estratigrafia de seqüências. A diminuição do aporte eólico favorece o registro de processos sedimentares com baixa freqüência de ocorrência. Uma das características do regime de ventos atuante no litoral centro-sul catarinense é a baixa freqüência de ocorrência de ventos com velocidades elevadas (acima de 10 m/s a 10 m de altura). Desta forma, a diminuição do aporte eólico seria representada, no registro sedimentar, pela presença de depósitos eólicos gerados por ventos com velocidades mais elevadas. Estes depósitos seriam caracterizados pelo aumento da concentração de minerais pesados e de grãos com diâmetro médio mais grosso que a média e pela diminuição da seleção granulométrica. Com base nessa premissa, a análise da variação das propriedades sedimentológicas ao longo da seqüência eólica 1 revelou tendência de diminuição do aporte para o topo. Nesta seqüência, não foram observadas tendências indicativas de aumento do aporte durante a fase inicial de desenvolvimento do sistema eólico. Isto pode ser explicado pela ausência de subsidência, o que teria desfavorecido a preservação dos depósitos gerados na fase inicial. De maneira inversa, a seqüência eólica 2 apresentou uma tendência de aumento de aporte rumo ao topo. A ausência de registro da fase final de evolução do sistema eólico, caracterizada por declínio de aporte, estaria ligada ao fato de esta seqüência encontrar-se atualmente ainda em atividade, devido à defasagem entre a elevação do NRM e o restabelecimento do perfil de equilíbrio da superfície deposicional. A análise da variação das propriedades sedimentológicas, medidas ao longo de seções verticais pode ser utilizada como instrumento de correlação entre sucessões eólicas, as quais muitas vezes mostram-se faciologicamente homogêneas.The control exerced by relative sea level (RSL) on the filling of sedimentary basins became a sedimentary geology paradigm. This paradigm is the fundamental principle of the sequence stratigraphy model which is characterized by the subdivision of sedimentary deposits in stratigraphical units (depositional sequences) separated by unconformities (sequence limits) or correlative conformities developed during RSL fall. The cyclic and global character of RSL (considering that RSL reflects eustasy) explains the high capacity of prediction and correlation of the model. The sequence stratigraphy model was originally developed to interpret and subdivide sedimentary deposits in seismic sections. Later, it was adapted to outcrops, cores and well log data. The parassequences are the building units of the depositional sequences. They change according to the depositional systems. Therefore, parassequences definition depends of the knowledge of how facies of a specific depositional system change in response to RSL variation. This context characterizes the problem that justify this dissertation: to analyze the correspondence between Quaternary coastal eolian depositional systems and RSL changes. When associated to RSL fall, the Quaternary coastal eolian systems would be originated by reworking of sediments exposed on the shelf during a forced regression. When associated to RSL rise, coastal eolian systems would be fed by sediments derived from the coastal erosion occurred during transgression. In the RSL fall hypothesis, the maintenance of eolian systems is not likely, because the exposition of sediments above the high tide level favors its stabilization by vegetation or early cementation. There are studies that suggest the global formation of transgressive dunefields as a result of coastal erosion caused by RSL rise subsequent to the last glaciation (Würm). This supposition is confirmed by the depositional ages of dunefields in different parts of the world. Thus, the eolian supply induced by RSL rise was chosed as the fundamental principle of this dissertation. The RSL rise induces coastal erosion to restore the depositional surface equilibrium profile. In the presence of an adequate wind pattern, the sediments in disequilibrium in the foreshore are transported to the continent and can generate a dunefield. A new equilibrium is reached with the end of RSL rise and the exhaustion of the eolian sedimentary source. This fact favors dunefield stabilization. During RSL fall there are wheathering and erosion of the eolian deposits. Therefore, in a genetic sense, episodes of coastal eolian accumulation induced by Quaternary glacioeustatic oscilations correspond to the fourth order depositional sequences (periodicity of a hundred thousand years). The \"eolian sequences\" would be characterized by an initial phase with crescent eolian sedimentary supply and a final phase with decreasing supply. When the RSL rise cease, there is gradual exhaustion of the eolian sedimentary source. In this way, the eolian supply and the eolian accumulation rate decrease. Consequently, the reworking of the eolian sediments increase. This favors the action and recording of less frequent sedimentary process because the sediments stay during a more long time on surface. The Quaternary coastal eolian deposits of southern Brazil (Laguna and Imbituba, Santa Catarina) were divided in two \"depositional eolian sequences\" (eolian sequences 1 and 2). These sequences are separated by an unconformity. The eolian sequence 1 (older) was associated to the eustatic rise of the Riss-Würm interglacial period. The eolian sequence 2 (younger) is active nowadays and it was related to the eustatic rise occurred after the Wurm glaciation. Thermoluminescence (TL) and optical simulated luminescence (OSL) ages were utilized to check the cronology of the eolian sequences 1 and 2. The existence of a depositional hiatuses between the two eolian sequences and the correspondence between eolian accumulation and periods of RSL rise was confirmed by the obtained TL and OSL ages. Eolian units equivalent to the eolian sequences described in Santa Catarina should exist in Brazil and in other parts of the world. This is a consequence of the presented model. The supposed relation between coastal eolian supply and RSL can be used as a guide for elaboration of a coastal eolian facies model coherent with the sequence stratigraphy. The decrease of eolian supply favors the recording of less frequent sedimentary process. The low frequency of occurrence of winds with high velocity (up to 10 m/s at the height of 10 m) is a characteristic of the wind climate in Santa Catarina coast. Thus, the decrease of eolian supply would be showed, in the sedimentary recording, by the presence of eolian deposits generated by winds with a relative high velocity. This deposits would be characterized by increase of heavy mineral concentration and grain size and by decrease of sorting. Considering these hypothesis, the analysis of the sedimentological properties variation shows a tendency of upward decreasing eolian supply in the eolian sequence 1. The initial tendency of upward increasing eolian supply was not observed in this sequence. This can be explained by the absence of subsidence which is necessary for the preservation of the initial phase deposits. Otherwise, the eolian sequence 2 showed a tendency of eolian supply increasing to the top. This indicates that the final phase (eolian supply decreasing) of eolian sequence 2 was not started yet. The analysis of sedimentological properties variation, measured along vertical succession, can be utilized as a correlation criterion between eolian units

Sistemas deposicionais eólicos quaternários na costa centro-sul catarinense: relações com o nível do mar

O controle exercido pelo nível relativo do mar (NRM) na construção do registro estratigráfico tornou-se um paradigma da geologia sedimentar. Sob este paradigma, foi elaborado o modelo da estratigrafia de seqüências, que divide os depósitos sedimentares em unidades estratigráficas (seqüências deposicionais) separadas entre si por inconformidades (limite de seqüências) ou conformidades correlativas geradas durante fases com NRM em declínio. O caráter cíclico e global das variações do NRM confere elevada capacidade de correlação e previsão a este modelo. Concebido de início para interpretar o registro estratigráfico observado em seções sísmicas, ele foi depois aplicado, com adaptações, a afloramentos, testemunhos de sondagem e perfis de sondagens geofísicas. As parasseqüências, unidades básicas das seqüências deposicionais, variam conforme o sistema deposicional. Sua definição pressupõe o conhecimento de como as fácies sedimentares do sistema em questão se relacionam ao NRM. Neste contexto, insere-se o problema motivador deste estudo: a análise da correlação entre sistemas deposicionais eólicos costeiros e as variações do NRM durante o Quaternário. Se associados à queda de NRM, os sistemas eólicos costeiros quaternários seriam originados pelo retrabalhamento de sedimentos da plataforma expostos durante a regressão forçada. Se associados à elevação de NRM, resultariam da erosão costeira provocada pela transgressão. Na hipótese de NRM em declínio, a manutenção de sistemas eólicos por longo tempo é improvável, pois a exposição dos sedimentos da plataforma acima do nível de maré alta favorece sua estabilização por cimentação precoce ou pela vegetação. Há trabalhos que sugerem que o avanço de campos de dunas transgressivos em diversas partes do mundo é resultado da erosão costeira provocada pela subida de NRM ocorrida após a última glaciação (Würm). Uma compilação de idades de deposição de sedimentos eólicos costeiros de diferentes continentes corrobora esta suposição. Com base nisso, elegeu-se o aporte eólico induzido pela erosão costeira como hipótese fundamental deste estudo. A ascensão de NRM induz erosão costeira para restabelecer o perfil de equilíbrio da superfície deposicional. Para alguns autores, caso haja regime de ventos adequado, os sedimentos em desequilíbrio na antepraia são transportados também para o continente, podendo formar campos de dunas. Um novo equilíbrio é atingido com o término da fase de NRM ascendente e o esgotamento da fonte sedimentar eólica, o que favorece a estabilização do campo de dunas. Durante a queda de NRM, os depósitos eólicos são intemperizados e erodidos. Logo, episódios de acumulação eólica costeira induzidos por oscilações glacioeustáticas quaternárias equivalem, em termos genéticos, a seqüências deposicionais de quarta ordem (ciclicidade de milhares de anos). As seqüências eólicas seriam caracterizadas por uma fase inicial com aporte crescente e por uma fase final com aporte decrescente. Com o término da subida do NRM, ocorre esgotamento gradual da fonte de sedimentos eólicos. Desse modo, tem-se diminuição de aporte eólico e queda da taxa de acumulação. Conseqüentemente, verifica-se uma elevação do tempo de permanência dos sedimentos sob a ação dos processos deposicionais, o que favorece a ação e o registro de eventos com baixa freqüência de ocorrência. Os depósitos eólicos do litoral centro-sul catarinense foram subdivididos em duas \"seqüências deposicionais eólicas\" (seqüências eólicas 1 e 2), separadas entre si por uma inconformidade. A seqüência eólica 1, mais antiga, associa-se à elevação eustática do interglacial Riss-Würm e a seqüência eólica 2, mais jovem e ainda em atividade, à ascensão eustática posterior à glaciação Würm. Utilizaram-se idades TL/LOE para checar a cronologia das duas seqüências eólicas estabelecida pelo modelo teórico. Confirmou-se a existência de hiato deposicional entre elas e sua correspondência com as fases de NRM ascendente. Como decorrência do modelo apresentado, devem existir, no Brasil e em outras partes do mundo, depósitos eólicos correlatos às duas seqüências eólicas do litoral centro-sul catarinense. A relação entre aporte eólico e NRM serve de guia para a elaboração de modelos de fácies capazes de integrar os sistemas eólicos costeiros à estratigrafia de seqüências. A diminuição do aporte eólico favorece o registro de processos sedimentares com baixa freqüência de ocorrência. Uma das características do regime de ventos atuante no litoral centro-sul catarinense é a baixa freqüência de ocorrência de ventos com velocidades elevadas (acima de 10 m/s a 10 m de altura). Desta forma, a diminuição do aporte eólico seria representada, no registro sedimentar, pela presença de depósitos eólicos gerados por ventos com velocidades mais elevadas. Estes depósitos seriam caracterizados pelo aumento da concentração de minerais pesados e de grãos com diâmetro médio mais grosso que a média e pela diminuição da seleção granulométrica. Com base nessa premissa, a análise da variação das propriedades sedimentológicas ao longo da seqüência eólica 1 revelou tendência de diminuição do aporte para o topo. Nesta seqüência, não foram observadas tendências indicativas de aumento do aporte durante a fase inicial de desenvolvimento do sistema eólico. Isto pode ser explicado pela ausência de subsidência, o que teria desfavorecido a preservação dos depósitos gerados na fase inicial. De maneira inversa, a seqüência eólica 2 apresentou uma tendência de aumento de aporte rumo ao topo. A ausência de registro da fase final de evolução do sistema eólico, caracterizada por declínio de aporte, estaria ligada ao fato de esta seqüência encontrar-se atualmente ainda em atividade, devido à defasagem entre a elevação do NRM e o restabelecimento do perfil de equilíbrio da superfície deposicional. A análise da variação das propriedades sedimentológicas, medidas ao longo de seções verticais pode ser utilizada como instrumento de correlação entre sucessões eólicas, as quais muitas vezes mostram-se faciologicamente homogêneas.The control exerced by relative sea level (RSL) on the filling of sedimentary basins became a sedimentary geology paradigm. This paradigm is the fundamental principle of the sequence stratigraphy model which is characterized by the subdivision of sedimentary deposits in stratigraphical units (depositional sequences) separated by unconformities (sequence limits) or correlative conformities developed during RSL fall. The cyclic and global character of RSL (considering that RSL reflects eustasy) explains the high capacity of prediction and correlation of the model. The sequence stratigraphy model was originally developed to interpret and subdivide sedimentary deposits in seismic sections. Later, it was adapted to outcrops, cores and well log data. The parassequences are the building units of the depositional sequences. They change according to the depositional systems. Therefore, parassequences definition depends of the knowledge of how facies of a specific depositional system change in response to RSL variation. This context characterizes the problem that justify this dissertation: to analyze the correspondence between Quaternary coastal eolian depositional systems and RSL changes. When associated to RSL fall, the Quaternary coastal eolian systems would be originated by reworking of sediments exposed on the shelf during a forced regression. When associated to RSL rise, coastal eolian systems would be fed by sediments derived from the coastal erosion occurred during transgression. In the RSL fall hypothesis, the maintenance of eolian systems is not likely, because the exposition of sediments above the high tide level favors its stabilization by vegetation or early cementation. There are studies that suggest the global formation of transgressive dunefields as a result of coastal erosion caused by RSL rise subsequent to the last glaciation (Würm). This supposition is confirmed by the depositional ages of dunefields in different parts of the world. Thus, the eolian supply induced by RSL rise was chosed as the fundamental principle of this dissertation. The RSL rise induces coastal erosion to restore the depositional surface equilibrium profile. In the presence of an adequate wind pattern, the sediments in disequilibrium in the foreshore are transported to the continent and can generate a dunefield. A new equilibrium is reached with the end of RSL rise and the exhaustion of the eolian sedimentary source. This fact favors dunefield stabilization. During RSL fall there are wheathering and erosion of the eolian deposits. Therefore, in a genetic sense, episodes of coastal eolian accumulation induced by Quaternary glacioeustatic oscilations correspond to the fourth order depositional sequences (periodicity of a hundred thousand years). The \"eolian sequences\" would be characterized by an initial phase with crescent eolian sedimentary supply and a final phase with decreasing supply. When the RSL rise cease, there is gradual exhaustion of the eolian sedimentary source. In this way, the eolian supply and the eolian accumulation rate decrease. Consequently, the reworking of the eolian sediments increase. This favors the action and recording of less frequent sedimentary process because the sediments stay during a more long time on surface. The Quaternary coastal eolian deposits of southern Brazil (Laguna and Imbituba, Santa Catarina) were divided in two \"depositional eolian sequences\" (eolian sequences 1 and 2). These sequences are separated by an unconformity. The eolian sequence 1 (older) was associated to the eustatic rise of the Riss-Würm interglacial period. The eolian sequence 2 (younger) is active nowadays and it was related to the eustatic rise occurred after the Wurm glaciation. Thermoluminescence (TL) and optical simulated luminescence (OSL) ages were utilized to check the cronology of the eolian sequences 1 and 2. The existence of a depositional hiatuses between the two eolian sequences and the correspondence between eolian accumulation and periods of RSL rise was confirmed by the obtained TL and OSL ages. Eolian units equivalent to the eolian sequences described in Santa Catarina should exist in Brazil and in other parts of the world. This is a consequence of the presented model. The supposed relation between coastal eolian supply and RSL can be used as a guide for elaboration of a coastal eolian facies model coherent with the sequence stratigraphy. The decrease of eolian supply favors the recording of less frequent sedimentary process. The low frequency of occurrence of winds with high velocity (up to 10 m/s at the height of 10 m) is a characteristic of the wind climate in Santa Catarina coast. Thus, the decrease of eolian supply would be showed, in the sedimentary recording, by the presence of eolian deposits generated by winds with a relative high velocity. This deposits would be characterized by increase of heavy mineral concentration and grain size and by decrease of sorting. Considering these hypothesis, the analysis of the sedimentological properties variation shows a tendency of upward decreasing eolian supply in the eolian sequence 1. The initial tendency of upward increasing eolian supply was not observed in this sequence. This can be explained by the absence of subsidence which is necessary for the preservation of the initial phase deposits. Otherwise, the eolian sequence 2 showed a tendency of eolian supply increasing to the top. This indicates that the final phase (eolian supply decreasing) of eolian sequence 2 was not started yet. The analysis of sedimentological properties variation, measured along vertical succession, can be utilized as a correlation criterion between eolian units

Morphometry and numerical simulation of coastal dunefields: study based on Brazilian exemples

Este trabalho trata da dinâmica de sistemas deposicionais eólicos costeiros, com ênfase na influência de variáveis climáticas, oceanográficas e fisiográficas sobre a evolução de campos de dunas. As variáveis controladoras da dinâmica dos sistemas eólicos costeiros incluem o regime de chuvas e ventos, a amplitude de maré, o aporte sedimentar costeiro e a fisiografia da costa. O entendimento da relação entre variáveis atuantes no sistema deposicional e os produtos sedimentares gerados é de extrema importância para a interpretação e descrição de depósitos sedimentares antigos. Além disto, o entendimento desta relação permitiria a elaboração de modelos de sistemas deposicionais com capacidade de inferência da dinâmica do sistema em termos dos seus produtos e vice-versa. Este estudo é organizado em seis capítulos. O capítulo um trata da exposição de conceitos, tais como complexidade, não-uniformidade e descontinuidade, que devem ser considerados ao se estudar sistemas deposicionais. Neste capítulo, destaca-se o controle dos processos sedimentares por variávies aleatórias. Isto sustenta o uso de abordagem probabílistica na descrição de sistemas deposicionais. O capítulo dois envolve uma breve síntese bibliográfica sobre sistemas deposicionais eólicos costeiros. O capítulo três contempla análises estatísticas de características morfométricas dos campos de dunas da costa brasileira medidas em imagens de satélite. Estas análises tiveram como objetivo a avaliação da relação entre características morfométricas dos campos de dunas e fatores climáticos, oceanográficos e fisiográficos. Tais análises revelaram que a ocorrência, o tamanho e a forma dos campos de dunas são controlados mais por fatores ligados à fisiografia da costa e ao aporte sedimentar costeiro do que por fatores climáticos (regime de ventos e chuva). O capítulo quatro envolve a simulação númerica de um modelo conceitual de sistema eólico costeiro. Experimentos de simulação permitiram avaliar a influência do aporte sedimentar costeiro, da amplitude de maré e do regime de ventos e chuvas sobre o desenvolvimento de campos de dunas e a migração da linha de costa. Os experimentos realizados evidenciaram que a sedimentação eólica e a migração da linha de costa são mais sensíveis ao aporte sedimentar costeiro do que às demais variáveis envolvidas no modelo. Isto encontra correspondência com os resultados das análises morfométricas do capítulo três. A evolução de campos de dunas costeiros pode ser influenciada pela dinâmica de migração da linha de costa. Linha de costa estável ou transgressiva favoreceria o desenvolvimento de campos de dunas enquanto que linha de costa regressiva provocaria diluição do aporte sedimentar eólico, o que seria desfavorável à manutenção e crescimento de campos de dunas. Sob certas condições, a intensificação da freqüência de ocorrência de chuvas pode estabilizar a linha de costa e facilitar o desenvolvimento de campos de dunas. Este resultado, de certo modo paradoxal, demonstra que o clima pode afetar de modo indireto a sedimentação eólica costeira. Assim, a relação entre clima e formação de dunas pode ser complexa. A influência da migração da linha de costa sobre a sedimentação eólica permite ainda analisar o desenvolvimento dos campos de dunas em termos de variações do nível relativo do mar. Nos capítulos cinco e seis são apresentados exemplos de análises de depósitos eólicos sob a óptica dos conceitos derivados dos capítulos anteriores. O capítulo 5 apresenta a análise do significado genético das sucessões de fácies eólicas das unidades Pirambóia, Botucatu, Serra Geral e Cauiá. O capítulo 6 apresenta o modo como modelos de sistemas deposicionais eólicos podem ser utilizados na caracterização das heterogeneidades de reservatórios eólicos de hidrocarbonetos. Independente dos resultados alcançados, esta tese procurou demonstrar que para uma melhor compreensão do registro sedimentar é necessário o estudo do funcionamento dos sistemas deposicionais. O entendimento da dinâmica de sistemas deposicionais permite modos mais 2 precisos e dedutivos de descrição e interpretação dos depósitos sedimentares. Algumas conclusões, tais como a influência indireta do clima sobre a sedimentação eólica (através da migração da linha de costa), destoam do senso comum, cujo conhecimento advém de observações de curto intervalo de tempo em sistemas deposicionais ativos. Neste contexto, a simulação coloca-se como ótima ferramenta para o estudo de sistemas deposicionais, pois permite análises que contemplam o longo intervalo de tempo envolvido na evolução dos sistemas deposicionais.This study deals with the relation between coastal eolian system dynamics and variables acting on the coastal zone. These variables include rain and wind regime, tidal range, coastal physiography and sedimentary supply. The knowledge of the relation between variables responsible for eolian system dynamics and their products is of large importance for the interpretation and description of ancient eolian sediments. Furthermore, the understanding of coastal eolian system dynamics would allow the construction of depositional system models with general and deductive character. This work is divided in six chapters. Chapter one shows the concepts of complexity, non-uniformity and discontinuity which may be considered in the study of depositional systems. The main point of this chapter is the random behavior of sedimentary processes which supports a probabilistic model for depositional systems. Chapter two presents a brief revision of eolian depositional systems. Chapter three comprises statistical analyzes of geographic distribution and morphometric properties of Quaternary dunefields of the Brazilian coast. These analyzes were based on satellite images data and the main objective was to verify the influence of tidal range, coastal phisiography, wind and rain regime and coastal sedimentary supply on the development and morphology of dunefields. An important conclusion is that the development, size and morphology of dunefields are more associated with coastal phisiography and sedimentary supply than with climatic factors. Chapter four presents the simulation of a conceptual coastal eolian system model. Simulations allow to analyze the eolian system dynamics with a more analytical approach. The simulations showed that dunefield growth and coastline migration are more sensitive to coastal sedimentary supply than to other variables, like wind velocity and frequency of rain occurrence. This is in agreement with conclusions derived from analyzes of morphometric properties and geographic distribution of dunefields (chapter three). The coastline behavior may be very important to dunefield evolution. Stable or transgressive coastline favor the sand supply to the dunefield while regressive coastline dilutes the eolian sand supply. Therefore, dunefield maintenance and growth are favored by transgressive or stable coastline. The increasing of rain frequency can induce coastline stability under some conditions. Thus, there is a complex relation between climate and coastal eolian sedimentation. Chapters five and six present examples of how the concepts about dunefields dynamics, derived from chapters three and four, can be used to interpret ancient eolian deposits and to understanding the heterogeneities of eolian hydrocarbon reservoirs. This work attempts to demonstrate that for better comprehension of the sedimentary record it is necessary to study how depositional systems behave. The understanding of depositional system dynamics permits a more deductive description and interpretation of the sedimentary record. The relation between climate and coastal dunefield growth disagree with conclusions from common sense whose knowledge is provided by short time observations of active depositional systems. In this context, simulation is a powerful tool to study depositional systems since it allows to analyze depositional systems behavior in their real and long time span

Water influence on CH4 and CO2 generation from tar sandstones: Insights from incubation experiments in the Piramboia Formation, Parana Basin

Processes controlling the biogenic production of CH4 and CO2 are relevant not only to environmental issues related to greenhouse gases emissions, but also in the energy scenario, since the biogenic generation of CH4 can be associated with the formation of natural gas reserves over time. This work aimed to evaluate the influence of water and calcium sulfate in the production of CH4 and CO2 from petroleum biodegradation in tar sandstones. Water saturation and sulfate concentration are taken to be important factors of influence in the oil biodegradation process. Long-term incubation experiments (up to 363 days) were carried out with samples of sandstone impregnated with high-viscosity hydrocarbons. The rocks used in this study were collected from outcrops of the Piramboia Formation, a known heavy-oil reservoir of the Parana Basin, Brazil. The net accumulation of both CH4 and CO2 was crescent during all the experiments performed, but with decreasing production rates through time. Average potential production rates obtained were 18 mL CH4/t.y (milliliter per ton of sandstone per year) and 54,000 mL CO2/t.y. The addition of water resulted in an average increase of 11% and 10% in the CH4 and CO2 cumulative production, respectively, in comparison with the dry incubation experiments. The water influence was stronger in the first 30 days of incubations when average production was around 70% higher in wet samples. Once the pH remained constant in the presence of calcium sulfate, the experiments indicate that calcium sulfate may function as buffer for pH, limiting acidification, which has a known negative influence on CH4 and CO2 production. Thus, the present work aims to alert for the potential of CO2 and CH4 production from tar sands in Brazil and for the importance of water as a positive influence on CH4 and CO2 generation from tar sandstones. This helps to evaluate the influence of environmental conditions on biogenic gas systems as well as on green-house gases emissions from geological sources, which are taken to be important sources of carbon to the atmosphere in a context of climate change.Funding Agencies|Project "Avaliacao da geracao de metano biogenico nas formacoes Ponta Grossa e Irati, Bacia do Parana" (CNPq) [454362/2014-5]; Programa de Formacao de Recursos Humanos em Geologia do Petroleo e Meio Ambiente [PFRH-241-Petrobras]; CNPqNational Council for Scientific and Technological Development (CNPq) [304727/2017-2]</p

Carbon dioxide (CO2) concentrations and emission in the newly constructed Belo Monte hydropower complex in the Xingu River, Amazonia

The Belo Monte hydropower complex located in the Xingu River is the largest run-of-the-river (ROR) hydroelectric system in the world and has one of the highest energy production capacities among dams. Its construction received significant media attention due to its potential social and environmental impacts. It is composed of two ROR reservoirs: the Xingu Reservoir (XR) in the Xingu's main branch and the Intermediate Reservoir (IR), an artificial reservoir fed by waters diverted from the Xingu River with longer water residence time compared to XR. We aimed to evaluate spatiotemporal variations in CO2 partial pressure (pCO(2)) and CO2 fluxes (FCO2) during the first 2 years after the Xingu River impoundment under the hypothesis that each reservoir has contrasting FCO2 and pCO(2) as vegetation clearing reduces flooded area emissions. Time of the year had a significant influence on pCO(2) with the highest average values observed during the high-water season. Spatial heterogeneity throughout the entire study area was observed for pCO(2) during both low-and high-water seasons. FCO2, on the other hand, only showed significant spatial heterogeneity during the high-water period. FCO2 (0.90 +/- 0.47 and 1.08 +/- 0.62 mu mol m(2) d(-1) for XR and IR, respectively) and pCO(2) (1647 +/- 698 and 1676 +/- 323 mu atm for XR and IR, respectively) measured during the high-water season were on the same order of magnitude as previous observations in other Amazonian clearwater rivers unaffected by impoundment during the same season. In contrast, during the low-water season FCO2 (0.69 +/- 0.28 and 7.32 +/- 4.07 mu mol m(2) d(-1) for XR and IR, respectively) and pCO(2) (839 +/- 646 and 1797 +/- 354 mu atm for XR and IR, respectively) in IR were an order of magnitude higher than literature FCO2 observations in clearwater rivers with naturally flowing waters. When CO2 emissions are compared between reservoirs, IR emissions were 90% higher than values from the XR during low-water season, reinforcing the clear influence of reservoir characteristics on CO2 emissions. Based on our observations in the Belo Monte hydropower complex, CO2 emissions from ROR reservoirs to the atmosphere are in the range of natural Amazonian rivers. However, the associated reservoir (IR) may exceed natural river emission rates due to the preimpounding vegetation influence. Since many reservoirs are still planned to be constructed in the Amazon and throughout the world, it is critical to evaluate the implications of reservoir traits on FCO2 over their entire life cycle in order to improve estimates of CO2 emissions per kilowatt for hydropower projects planned for tropical rivers

The role of abrupt climate change in the formation of an open vegetation enclave in northern Amazonia during the late quaternary

The effects of climate changes on biotic expansion or divergence is a widely debated topic. This discussion is particularly relevant for northern Amazonia where patches of open vegetation environments that harbor high endemic and specialized species are present in a matrix of tall closed canopy forest. This paper presents the depositional chronology and evolution of an 8.7-m thick stabilized fluvial and eolian sediment profile in a sandy plain substrate that underpins the largest open vegetation enclave in northern Amazonia. Three depositional units were identified using optically stimulated luminescence and radiocarbon ages coupled with grain size, magnetic susceptibility, and reflectance analyses. A lower unit of coarse fluvial silt deposited between 53 and 28 ka is overlain unconformably by a 5-m thick middle unit of fine eolian sand deposited at high accumulation rates between the Last Glacial Maximum (23-19 ka) and Heinrich Stadial 1 (HS1; 18.1-14.7 ka) when persistent and long-lasting shifts of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) to the Southern Hemisphere promoted dry and windy conditions in northern South America. An upper similar to 2-m thick unit was deposited when the climate became wetter after HS1, promoting the formation of soils that support open vegetation habitats. This study indicates that abrupt millennial-scale climate events can induce significant changes in the Amazonian landscape, which in turn play an essential role in the distribution and diversification of specialized biota172140149CONSELHO NACIONAL DE DESENVOLVIMENTO CIENTÍFICO E TECNOLÓGICO - CNPQCOORDENAÇÃO DE APERFEIÇOAMENTO DE PESSOAL DE NÍVEL SUPERIOR - CAPESFUNDAÇÃO DE AMPARO À PESQUISA DO ESTADO DE SÃO PAULO - FAPESP302607/2016-1; 422255/2016-5Proex 558/2011; 1976/2014; 564/20152011/06609-1; 2012/17517-3; 2012/50260-6; 2016/02656-

Determination of controls on Holocene barrier progradation through application of OSL dating: The Ilha Comprida Barrier example, Southeastern Brazil

Barrier development during the Holocene is studied using the example of the Ilha Comprida, Southeastern Brazil. Aerial photos, facies analysis, and optically stimulated luminescence dating are used to define the barrier emergence and evolution. Optically stimulated luminescence ages and facies successions indicate that the Ilha Comprida probably began as a Holocene transgressive barrier island 6000 years ago, just before the last relative sea-level maximum. Since then the barrier has progradated through the addition of curved beach ridges. Based on beach ridge alignments, six units of growth are identified with two growth directions, transverse and longitudinal. Rates of progradation with transverse growth vary from 0.13 to 4.6 m/year. Rates of longitudinal growth to NE range from 5.2 to 30 m/year. Variation in coastal progradation rates and sediment retention during the last 6000 years is compared with climate, physiography and relative sea-level changes. The physiography, represented by pre-Cenozoic hills, is the major control on sediment retention and alternation between longitudinal and transverse growth. Climate variations, such as the Little Ice Age event, apparently control the formation of ridges types: beach ridges, foredunes, and blowouts. These results allow the use of the Ilha Comprida Barrier as an example to analyze the major controls on barriers progradation. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.Fundacao de Amparo Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP)[2001/01732-8]Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Fundacao de Amparo Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP)[2002/01016-3]Fundacao de Amparo Pesquisa do Estado de Sao Paulo (FAPESP)[2007/51511-4]Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico e Tecnologico (CNPq)[135013/2007-0]Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq