Interpretação climática do registro isotópico e da acumulação em testemunho de firn antártico do setor do Mar de Weddell

Abstract

O presente estudo teve como foco o registro de isótopos estáveis de água – 𝛿18O, 𝛿D e excesso de deutério (d=𝛿D-8⨯𝛿18O) – e de acumulação do sítio Criosfera 1 (CR1; 84° 00’ 00.00’’ S; 79° 29’ 39.00’’ W; 1285 m de altitude), situado na bacia de drenagem glacial da corrente de gelo Möller, no Setor do Mar de Weddell, próximo a divisão entre Antártica Ocidental e Oriental. O objetivo foi avaliar a história deposicional, verificar a qualidade do sinal climático e se as informações climáticas de curto prazo (século 21) se encontram preservadas nesse sítio. Neste trabalho foi analisado dois testemunhos: o testemunho raso de firn TT01 e os primeiros ⁓10 metros do testemunho de gelo CR1. O testemunho TT01 (83° 59’ 59,50’’ S, 79° 29’ 31,40’’ W; 9,471 m ou 4,097 m eq. H2O; ρ: 0,44±0,07 g.cm-3) foi recuperado durante a Travessia Brasileira à Antártica Ocidental no verão austral de 2015, enquanto o testemunho CR1 (83° 59' 59,1'' S, 79° 29' 19,3'' W; 9,130 m ou 4,093 m eq. H2O; ρ: 0,45±0,08 g.cm-3) foi recuperado na expedição do verão austral de 2012. Ambos testemunhos foram descontaminados e derretidos em um sistema de derretimento contínuo com amostragem discreta subcentimétrica nos Laboratórios Limpos Classe ISO 5 do Climate Change Institute (UMAINE/USA). As razões isotópicas foram determinadas pela técnica de espectrometria à laser por cavidade ressonante ring-down (WSCRDS) no Laboratório de Isótopos Estáveis do Centro Polar e Climático (UFRGS/Brasil). No total, cerca de 633 amostras com resolução de 0,03 m foram analisadas e a acurácia das medidas foi melhor que 0,2‰ e 0,9‰ para 𝛿18O e 𝛿D, respectivamente. Análises de cromatografia por troca iônica foram somente performadas para o testemunho TT01 com intuito de aprimorar a datação. A datação do TT01 foi realizada pelo método de contagem de camadas anuais usando principalmente a variação sazonal dos 𝛿s e da razão nssSO4 2-/ Na+. Na datação do CR1 foi somente utilizado a variação sazonal dos 𝛿s. Os 9,471 m do TT01 cobriram 16 anos (1999-2015), com um erro estimado de <5 meses, enquanto os 9,130 m do CR1 cobriram 13 anos (1999-2012) e o erro estimado da datação foi de ⁓6 meses. O registro de acumulação foi estendido até 2018 com os dados de altura de neve do Módulo Científico Automático Criosfera 1. Para o período de 1999-2018 foi estimada uma taxa de acumulação de 0,24±0,09 m eq. H2O a-1 e observado uma tendência de decréscimo significante na acumulação anual. Para atender os objetivos, foi explorado as relações dos registros isotópicos e de acumulação com: parâmetros meteorológicos (temperatura, direção e velocidade do vento, pressão média ao nível do mar, concentração de gelo marinho), eventos climáticos extremos de precipitação e de vento e índices climáticos (e.g., índices de variabilidade climática de larga escala (e.g., SAM e ENSO) e da zona climatológica de baixa pressão do mar de Amundsen (ASL)). Este estudo mostra que registro preservado no sítio Criosfera 1 é fortemente tendenciado por eventos extremos de precipitação. Além, ele aponta que tanto o registro da composição isotópica quanto o de acumulação do imprimem variabilidade circulação atmosférica de larga escala, principalmente a influência do SAM, mas também a influência de forçante tropical (e.g., ENSO).

This study investigated the stable water isotopes – 𝛿18O, 𝛿D and d-excess (d=𝛿D-8⨯𝛿18O) – and snow accumulation records from the Criosfera 1 site (CR1; 84° 00' 00.00'' S; 79° 29' 39.00'' W; 1285 m altitude), located in the upper reaches of the Möller Ice Stream basin, Weddell Sea Sector, near to the boundary between West and East Antarctica. The objective was to evaluate the depositional history, verify the quality of the signal stored and if the short-term climate information (⁓21st century) is preserved at this site. In this work two cores were analyzed: the TT01 shallow firn core and the first ⁓10 meters of the CR1 ice core. The TT01 core (83° 59' 59.50'' S, 79° 29' 31.40'' W; 9.471 m or 4.097 m H2O eq.; ρ: 0.44±0.07 g.cm-3) was recovered during the Brazilian Crossing to West Antarctica in the austral summer of 2015, while the CR1 core (83° 59' 59.1'' S, 79° 29' 19.3'' W; 9,130 m or 4,093 m eq. H2O ; ρ: 0.45±0.08 g.cm-3) was recovered in the austral summer 2012 expedition. Both cores were decontaminated and melted in a continuous melting system with discrete sub-centimeter sampling at Climate's ISO Class 5 Clean Laboratories Change Institute (UMAINE/USA). The isotopic ratios were determined by ring-down resonant cavity laser spectrometry (WS-CRDS) at the Laboratory of Stable Isotopes of the Centro Polar e Climático (UFRGS/Brazil). In total, about 633 samples with a resolution of 0.03 m were analysed and the accuracy of the measurements was better than 0.2‰ and 0.9‰ for 𝛿18O and 𝛿D, respectively. Ion exchange chromatography analyzes were only performed for the TT01 core in order to improve the dating. The TT01 dating was performed by the annual layer count method using mainly the seasonal variation of the 𝛿s and the nssSO4 2-/Na+ ratio. In the CR1 dating, only the seasonal variation of 𝛿s was used. The TT01 cover 16 years (1999-2015), with an estimated error of <5 months, while the CR1 core cover 13 years (1999-2012) and the estimated error of the dating is ⁓6 months. The accumulation record was extended until 2018 using snow height data from the Criosfera 1 Automatic Weather Station. For the 1999-2018 period, an accumulation rate of 0.24±0.09 m eq. H2O yr-1 and a significant decreasing trend in annual accumulation was observed. To achieve our objectives, the relationship between isotopic and accumulation records was explored with: meteorological parameters (temperature, wind direction and speed, mean pressure at sea level, concentration of sea ice), extreme weather events of precipitation (EPE) and wind (SWE), and climate indices (e.g., large-scale climate variability indices (e.g., SAM and ENSO) and the Amundsen Sea Low Pressure indices (ASL)). This study shows that the record preserved at the Criosfera 1 site is strongly biased by EPEs. Furthermore, it points out that both the isotopic composition and accumulation records imprint the large-scale atmospheric circulation variability, mainly the influence of SAM but also the tropical forcings (e.g., ENSO).