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quinta-feira, 22 de agosto de 2024

Rochas revelam a variação da altura do mar na costa brasileira

Como parte de um fenômeno cíclico, atualmente intensificado pelas mudanças climáticas, as águas do Atlântico estavam a 3 metros acima da altura atual há 4,7 mil anos na região do Recife

Falésia Ponta dos Três Irmãos, em São Bento do Norte (RN), com até 8 metros de altura: os arenitos (como no detalhe) indicam onde o mar chegava há 120 mil anos

Helenice Vital / UFRN

Os geólogos sabem há tempos que o mar estava mais ou menos a 125 metros (m) abaixo do atual limite entre as praias e as ondas na cidade do Recife, em Pernambuco, há 20 mil anos. Naquele período, uma floresta ocupava a região que viria a ser a praia de Boa Viagem, uma das mais conhecidas da capital pernambucana. Talvez houvesse até mesmo rios com cachoeiras caindo das elevações que hoje formam a plataforma continental, limite entre os trechos mais rasos e mais profundos do mar.

Depois o mar subiu e, de acordo com análises do geógrafo Antonio Vicente Ferreira Junior, da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), entre 4,7 mil e 4,1 mil anos atrás, o nível médio na região do Recife e dos municípios costeiros mais próximos ao norte e ao sul pode ter atingido 3 m acima do nível médio atual. Seria o bastante para as ondas cobrirem a foz do rio Capibaribe, as avenidas à beira-mar e o antigo centro das cidades litorâneas da região metropolitana.

Estudos como este, publicado em abril na Ocean and Coastal Research, completam, detalham e eventualmente corrigem as informações obtidas por técnicas menos precisas que as atuais. Servem também para indicar as áreas mais vulneráveis à elevação do nível do mar, que deve ser intensificada nas próximas décadas pelas mudanças climáticas. O aumento da temperatura média anual do planeta aquece o oceano e faz seu volume expandir-se; pela mesma razão, as geleiras em terra firme derretem, o que também contribui para o aumento do volume dos mares.

Praia de Enxu Queimado, em São Miguel do Gostoso (RN), com arenitos expostos, que mostram a variação do nível médio do mar nos últimos 10 mil anosHelenice Vital / UFRN

“Nos anos 1980, não tínhamos GPS geodésico, com o qual hoje medimos a altitude de um ponto com grande precisão”, comenta o geólogo José Maria Landim Domingues, da Universidade Federal da Bahia (UFBA). Ele estava no doutorado quando participou da equipe coordenada pelos geólogos Kenitiro Suguio (1937-2021), da Universidade de São Paulo (USP), e Louis Martin, do Escritório de Pesquisa Científica e Técnica no Exterior (Orstom), hoje Instituto de Pesquisa para o Desenvolvimento (IRD), da França.

Os três e outros geólogos coletaram e analisaram cerca de 700 amostras de rochas e restos de organismos marinhos ao longo de metade do litoral, do norte de Alagoas ao sul de Santa Catarina. Esse estudo, publicado em 1985 na Revista Brasileira de Geociências, mostrou variações locais e regionais do nível médio do mar – no Nordeste, pode ter chegado a 5 m acima do atual há cerca de 5,7 mil anos, enquanto no Sul não teria passado de 3 m.

Aos poucos, um conceito se assentou: “Há alguns anos se falava em uma variação global uniforme do nível do mar, mas hoje sabemos que cada região tem suas peculiaridades, por causa da geologia e do relevo”, comenta a geóloga Helenice Vital, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN). Com sua equipe, ela acompanha há 20 anos a oscilação do mar no litoral potiguar (ver infográfico abaixo), publicando suas descobertas desde 2006 em revistas especializadas como a Marine Geology.

Definido como a altitude média da superfície dos oceanos, o nível do mar foi registrado pela primeira vez no Brasil pelo astrônomo português Bento Sanches Dorta (1739-1794) em 1781 na baía de Guanabara, e com regularidade a partir de 1831, também no Rio de Janeiro. O sobe e desce do mar reflete as forças gravitacionais da Lua e do Sol sobre a Terra, as deformações na superfície dos oceanos, o derretimento ou a formação de geleiras e a mudança do eixo da Terra, que faz o mar balançar como se estivesse em um prato suspenso no ar.

Rochas e conchas
Retratada em paredes de rochas à beira-mar, a oscilação da altura média do mar pode ser medida de várias formas. Os grupos de Vital e de Ferreira examinaram as variações nos últimos 10 mil anos, o período geológico conhecido como Holoceno, por meio de rochas chamadas arenitos de praia (ou beachrocks), que indicam os antigos limites do mar. Elas se formam somente na linha de costa, a fronteira entre a terra e o mar, quando a água dos rios encontra a do mar e faz o carbonato de cálcio (CaCO3) de organismos marinhos se dissolver e cimentar os sedimentos. Segundo Landim, essa cimentação foi registrada pela primeira vez pelo empresário e historiador português Gabriel Soares de Sousa (1540-1591) no Tratado descritivo do Brasil, de 1587, ainda que atribuindo a formação do que chamou de seixinhos de praia ao congelamento da areia em contato “com a frialdade da água do mar”. A análise microscópica e a datação do carbono de uma das formas de CaCO3 de conchas incrustadas nas rochas indicam quando as camadas das rochas se formaram e, a partir daí, a variação do nível do mar em um lugar específico.

No início de junho, o geólogo Rodolfo José Angulo, com sua equipe da Universidade Federal do Paraná (UFPR) e colegas do exterior, percorreu as praias de Laguna, em Santa Catarina, em busca de outro indicador da variação do nível do mar: os caracóis marinhos conhecidos como vermitídeos. A determinação da idade de uma das formas de carbono da couraça desses moluscos indica quando esses organismos se fixaram em rochas que estavam próximas à linha de maré baixa.

“Às vezes, encontramos vermitídeos em morros, indicando que naquele lugar o nível do mar já esteve mais alto”, comenta. Seu plano é descobrir como o mar subiu e desceu no litoral catarinense em um período mais recente, os últimos 300 anos, somando as informações das cascas dos moluscos com as dos dois tipos de aparelhos que acompanham a oscilação do mar, os marégrafos (o Brasil tem uma rede de cerca de 330 aparelhos ao longo do litoral) e satélites artificiais, como o Copernicus Sentinel-6, da Agência Espacial Europeia (ESA).

Arenitos, vermitídeos e corais já serviram para o grupo da UFPR mostrar que o nível do mar, entre 6 mil e 5 mil anos atrás, deveria estar a quase 3 m acima do atual no arquipélago de Abrolhos e a 4,5 m acima no atol das Rocas, ambos na costa brasileira. Os resultados foram detalhados em artigos publicados em maio e agosto de 2022 na Marine Geology.

Praia de Muro Alto, em Ipojuca (PE), com uma faixa de arenitos superficiais que se estende por 4,7 kmAntonio Vicente Ferreira Junior / UFPE

Em conjunto, esses estudos revelam as transformações do litoral brasileiro. “Há 120 mil anos, a plataforma continental de Pernambuco era parte do continente”, comenta Ferreira. Landim ajuda a enriquecer a paisagem milenar: “Há 20 mil anos, não existiam as baías de Todos os Santos [BA] e da Guanabara [RJ] nem a lagoa dos Patos [RS]. Estava tudo coberto por vegetação, até o mar subir e inundar tudo”.

Depois de recuar, subir e estabilizar-se, o nível do mar apresenta uma clara tendência de novamente se avolumar, em todo o mundo. “É inquestionável que o mar está subindo nas últimas décadas”, afirma Angulo.

De acordo com a Nasa, a agência espacial norte-americana, o nível médio global do mar aumentou cerca de 9,4 centímetros (cm) desde 1993; entre 2022 e 2023, o aumento foi de 0,7 cm, em razão do aquecimento global e do El Niño intenso. “Em teoria, deveríamos estar entrando em um período geológico de resfriamento, com recuo da linha da costa”, diz Vital. “Mas não é o que estamos vendo.”

No site Sea Level, a Nasa projeta uma elevação do mar de 10 cm em 2030 para Belém, Recife, Rio de Janeiro e Cananéia, no litoral paulista. Um grupo da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ) também prevê uma elevação de 70 cm até 2100 na ilha Fiscal, no limite do centro histórico da capital fluminense, como argumentado em um artigo de março na Natural Hazards. Seria o bastante para causar a perda das áreas remanescentes de manguezais, aumentar as inundações marinhas e prejudicar lugares turísticos da cidade do Rio. A perspectiva de danos intensos tem feito municípios costeiros do Brasil planejarem medidas de prevenção contra a subida do mar (ver Pesquisa FAPESP nº 238).

“Para definirmos as áreas mais vulneráveis à elevação do nível do mar, precisamos fazer mapeamentos com precisão, na escala de centímetros”, diz Landim. Usando uma tecnologia de sensoriamento remoto que usa feixes de laser chamada Lidar (Light Detection and Ranging), ele verificou que, no município de Belmonte, no sul da Bahia, as áreas mais sensíveis são pouco ocupadas pelos moradores. “Praias urbanas estreitas, comprimidas entre as avenidas e o mar, tendem a desaparecer, a não ser que ganhem areia, um processo caro” (ver Pesquisa FAPESP no 338).

O avanço do mar sobre ilhas e continente está longe de ser uma possibilidade remota. Em junho, por causa da elevação do nível do mar, o governo do Panamá, na América Central, solicitou a cerca de mil moradores da ilha Gardi Sugdub, uma das 50 ocupadas pelos indígenas Guna, que se mudassem para uma cidade recém-construída no continente, com casas pré-fabricadas. De acordo com uma reportagem da CNN, as casas ainda não tinham acesso à água nem a serviços de saúde. A mudança, no entanto, é necessária. “Dentro de 40 a 80 anos – dependendo da altura das ilhas e da taxa de aumento do nível do mar –, a maioria, se não todas as ilhas habitadas da região, estará submersa”, alertou para a CNN Steven Paton, diretor do programa de monitoramento físico do Smithsonian Institution no Panamá.

A reportagem acima foi publicada com o título “As marcas das antigas marés” na edição impressa nº 342, de agosto de 2024.

Artigos científicos
ANGULO, R. J. et al. Mid-to Late Holocene sealevel changes at Abrolhos archipelago and Bank, southwestern Atlantic, Brazil. Marine Geology. v. 450, 106841. ago. 2022.
ANGULO, R. J. et al. Paleo-sea levels, Late-Holocene evolution, and a new interpretation of the boulders at the Rocas Atoll, southwestern Equatorial Atlantic. Marine Geology. v. 447, 106780. mai. 2022.
CALDAS, L. H. de O. et al. Holocene sea level history: Evidence from coastal sediments of the northern Rio Grande do Norte coast, NE Brazil. Marine Geology. v. 228, n. 1-4, p. 39-53. 30 abr. 2006.
FERREIRA JÚNIOR, A. V. et al. Beachrocks of the northeast of Brazil: Local effects of sea level fluctuations in a far-field during in Holocene. Ocean and Coastal Research. 2024, v. 72, e24022. 12 abr. 2024.
SUGUIO, K. et al. Flutuações do nível relativo do mar durante o quaternário superior ao longo do litoral brasileiro e suas implicações na sedimentação costeira. Revista Brasileira de Geociências. v. 15, n. 4, p. 273-86. ago. 1985.
TOSTE, R. et al. Dynamically downscaled coastal flooding in Brazil’s Guanabara Bay under a future climate change scenario. Natural Hazards. On-line. 26 mar. 2024.

quinta-feira, 21 de julho de 2022

20 DE JULHO DE 2022

Ideia de "bomba de espécies" da era do gelo nas Filipinas impulsionada por nova maneira de desenhar árvores evolutivas

pela Universidade do Kansas

A surpreendente biodiversidade nas Filipinas resulta em parte da subida e descida dos mares durante as eras glaciais?

Os cientistas há muito pensam que a geografia única das Filipinas - juntamente com os níveis oceânicos oscilantes - poderia ter criado uma "bomba de espécies" que desencadeou uma diversificação massiva isolando e reconectando grupos de espécies repetidamente em ilhas. Eles chamam a ideia de "modelo do complexo de ilhas agregadas do Pleistoceno (PAIC)" de diversificação.

Mas evidências concretas, conectando explosões de especiação aos tempos precisos em que os níveis globais do mar subiram e desceram, foram escassas até agora.

Um método Bayesiano inovador e novas análises estatísticas de dados genômicos de lagartixas nas Filipinas mostram que, durante as eras glaciais, o momento da diversificação de lagartixas dá forte suporte estatístico pela primeira vez ao modelo PAIC, ou "bomba de espécies". A investigação, com raízes na Universidade do Kansas, acaba de ser publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences .

“As Filipinas são um arquipélago isolado, atualmente incluindo mais de 7.100 ilhas, mas esse número foi drasticamente reduzido, possivelmente para apenas seis ou sete ilhas gigantes, durante o Pleistoceno”, disse o coautor Rafe Brown, curador responsável. da divisão de herpetologia do Instituto de Biodiversidade e Museu de História Natural da KU.

"As massas de terra agregadas eram compostas por muitas das ilhas menores de hoje, que se tornaram conectadas por terra seca à medida que o nível do mar descia, e toda essa água estava presa em geleiras. Supõe-se que esse tipo de fragmentação e fusão de terra, que aconteceu como o nível do mar flutuou repetidamente nos últimos 4 milhões de anos, prepara o cenário para um processo evolutivo especial, que pode ter desencadeado agrupamentos simultâneos ou explosões de especiação em organismos não relacionados presentes na época. gêneros de lagartos, cada um com espécies encontradas apenas nas Filipinas."

Durante décadas, as Filipinas têm sido um foco de trabalho de campo de biólogos do Instituto de Biodiversidade da KU, onde os autores analisaram amostras genéticas de lagartixas filipinas, bem como de outros animais. No entanto, mesmo com a tecnologia de hoje e a capacidade dos cientistas de caracterizar a variação de todo o genoma, o desenvolvimento de abordagens estatísticas poderosas capazes de lidar com dados em escala genômica ainda está se recuperando - particularmente em casos desafiadores, como a tarefa de estimar tempos passados em que as espécies formados, usando dados genéticos coletados de populações que sobrevivem hoje.

O autor principal Jamie Oaks da Auburn University e o co-autor Cameron Siler da Universidade de Oklahoma foram ambos estudantes de pós-graduação da KU orientados por Brown. Eles se juntaram ao co-autor Perry Wood Jr., agora na Universidade de Michigan, que recentemente trabalhou em Auburn com Oaks, e anteriormente em KU com Brown, como pesquisador de pós-doutorado.

Por dois séculos, naturalistas que estudaram as distribuições de espécies nas Filipinas discutiram, debateram e escreveram extensivamente sobre as ideias por trás da teoria moderna da bomba de espécies, ou nas Filipinas, previsões que agora compõem o "Paradigma PAIC". Historicamente, pesquisadores com foco em animais ou plantas específicos endossaram a ideia geral, mas outros expressaram ceticismo porque não parecia se sustentar em outras espécies que estudaram.

“Ao longo do último quarto de século, com ampla disponibilidade de dados genéticos , as previsões específicas do modelo foram testadas de forma muito mais rigorosa, objetiva e quantitativa – com dados reais de populações naturais – o que foi um grande passo à frente na biogeografia filipina”, disse Brown.

"Em alguns animais e plantas, as previsões se mantiveram. Mas em outros, quando as mesmas previsões foram testadas com dados reais e métodos estatísticos adequadamente rigorosos, elas foram rejeitadas repetidamente. Em muitos de nossos próprios estudos na KU, quando examinamos corolários do modelo PAIC em gêneros individuais, ou grupos de espécies intimamente relacionadas, ficamos surpresos ao descobrir que a janela de tempo das eras glaciais nem sequer estava relacionada a grande parte da diversidade de espéciesencontramos hoje. Em estudo após estudo, focando individualmente em um gênero de morcegos ou um grupo de sapos, descobrimos que cada vez menos espécies de hoje pareciam ter divergido no Pleistoceno. Nesse ponto, com a falta de evidências se acumulando, meio que reformulamos a pergunta. Voltamos aos dados de todos esses estudos anteriores e perguntamos – em todos esses diferentes grupos de animais – podemos encontrar algum suporte estatístico para a formação de espécies, agrupadas na janela de tempo do Pleistoceno? E a resposta continuou voltando 'não' - até agora."

Brown disse que a chave para entender a evidência genômica veio de Oaks, que começou a analisar grupos de lagartixas com uma nova abordagem para conceber árvores filogenéticas . Em vez de uma espécie se ramificar de outra isoladamente – como as árvores filogenéticas são tradicionalmente desenhadas – uma infinidade de novas espécies pode se ramificar mais ou menos ao mesmo tempo em algo que se parece mais com um “arbusto” do que com uma árvore.

“A ascendência compartilhada está subjacente a tudo na biologia, seja uma sequência genética, cepa viral ou espécie”, disse Oaks. "Cada ponto de ramificação em uma árvore filogenética representa a diversificação biológica - por exemplo, uma espécie divergindo em duas. Há muito tempo assumimos que os processos responsáveis por esses eventos de divergência afetam cada espécie na árvore da vida isoladamente. essa suposição provavelmente é frequentemente violada. Por exemplo, mudanças no ambiente afetarão comunidades inteiras de espécies, não apenas uma. Nossa abordagem permite que várias espécies se diversifiquem devido a um processo compartilhado. Ao fazer isso, agora estamos mais bem equipados para fazer perguntas sobre esses processos e teste para os padrões que eles preveem."

Ao relaxar a suposição de divergências independentes, os dados genômicos das lagartixas filipinas apoiaram padrões de divergências compartilhadas, como “previsto pela fragmentação repetida do arquipélago por elevações interglaciais no nível do mar”, segundo os pesquisadores.

“Esse tipo de padrão de divergências compartilhadas agora pode ser testado com nossa nova abordagem filogenética”, disse Oaks. "Gekko e Cyrtodactylus são dois gêneros de lagartixasque são bons casos de teste para procurar esses padrões, porque eles se espalharam pelas Filipinas muito antes do início dos ciclos glaciais e, portanto, sabemos que estavam presentes nas grandes ilhas da era do gelo, quando foram fragmentadas pelo aumento do nível do mar. Usamos informações de seus genomas para reconstruir suas árvores filogenéticas e testar padrões de divergências compartilhadas previstas pela hipótese de fragmentação de ilhas. Encontramos suporte para esses padrões e agora vemos evidências do efeito dos ciclos glaciais, mas é importante lembrar que a história filogenética geral desses lagartos é consistente com uma história mais complexa."

Com esta parte da hipótese da "bomba de espécies" agora apoiada nas Filipinas, Brown disse que há muitos outros casos em que os biogeógrafos podem usar a mesma abordagem para detectar mudanças geográficas ou ambientais que desencadearam explosões semelhantes de biodiversidade.

"A ideia de que alguma barreira pode afetar grupos não relacionados, como pássaros, sapos, lagartos e insetos - possivelmente impactando faunas inteiras ao mesmo tempo - é algo que os biólogos evolucionários têm se agarrado há muito tempo. esses processos tem sido meio evasivo", disse Brown. “Existem muitas teorias sobre mecanismos compartilhados, e a ideia de 'bomba de espécies' é apenas uma delas. especialmente para biogeógrafos."

Explorar mais

Pesquisa apoia o reconhecimento de novas espécies de gaio no Texas e no México

Mais informações: Jamie R. Oaks et al, Generalizando a filogenética Bayesiana para inferir eventos evolutivos compartilhados, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2121036119

Informações do jornal: Proceedings of the National Academy of Sciences

segunda-feira, 11 de junho de 2018

Sea level, climate, and ocean poisoning by sulfide all implicated in the first animal mass extinction

Christian J. Bjerrum

Geology (2018) 46 (6): 575-576.

DOI:

https://doi.org/10.1130/focus062018.1

Published:

June 01, 2018

Five decades ago, Newell (1967) suggested a strong relationship between marine mass extinction and eustatic sea-level fall, and proposed loss of habitable shelf area as the primary driver.

However, many extinctions are now linked with global warming and marine anoxia, which go hand in hand with marine transgressions (Hallam and Wignall, 1999, and references therein; Bond and Grasby, 2017). In contrast, Zou et al. (2018, p. 535 in this issue of Geology), now offer a much more nuanced picture, with expanding toxic sulfide conditions during cooling, and falling sea level during the first of the big five mass extinctions, the Late Ordovician mass extinction (LOME; ca. 445 Ma). Paradoxically, the LOME is the only one of the big five extinctions that seems to coincide with glaciations, with a double blow to metazoan-based communities. Excellent reviews have mapped out the taxonomic extinctions and ecological severity for the LOME event (Harper et al., 2014, and references therein).

Two main mechanisms have previously been proposed for the two extinction intervals of the LOME (Harper et al., 2014; Bond and Grasby, 2017), where the least controversial invokes marine anoxia during sea-level rise and global warming during the latter extinction interval (LOMEI-2). The first extinction interval (LOMEI-1) is, however, more controversial, particularly with respect to oxygenation. Many research groups link LOMEI-1 to rapid glacial sea-level lowering, cooling, and increased oxygenation of the open ocean. These models build, in part, on the widespread facies change from black to gray shales, as well as on nitrogen isotope data (Melchin et al., 2013). While possibly explaining the disappearance of the main extinction victims on the outer shelf-slope and in the upper oxygen minimum zone (OMZ), oxygenation is a difficult kill mechanism for high-latitude, cool-water taxa (Harper et al., 2014).

Other research groups have proposed expansion of anoxic waters onto the outer shelf and slope during the cooling as the prime killer, based on redox geochemistry and pyrite sulfur isotopes (Hammarlund et al., 2012; Harper et al., 2014). In this scenario, the widespread change from black to gray shales reflects glacially lowered sea level, which pushed the chemocline deeper than the continental shelf observation window. Invariant sulfate isotope data, together with super heavy sulfide, could be interpreted as oxidation of a deep ocean sulfide reservoir (Jones and Fike, 2013; Kah et al., 2016). Alternatively, the sulfur isotope anomaly could be interpreted as a result of decreased fractionation during increased microbial sulfate reduction prompted by increased glacial ocean nutrients and productivity (Jones and Fike, 2013). Molybdenum and uranium isotopes suggest extensive ocean anoxia prior to LOMEI-1, and subsequent intensified oxygenation during the glacial interval (Lu et al., 2017). The latter interpretation is controversial, as it stems from a highly variable redox setting in the Yangtze Sea, China. Adding to the controversy, sequence stratigraphic concepts and a Pliocene-Pleistocene glacial analogy has led to the proposal that known LOME sections are incomplete, and missing interglacial high stands (Ghienne et al., 2014). The implication is that, perhaps, the LOMEI-1 also occurred during global warming and rising sea level, just like LOMEI-2 and other mass extinctions.

A problem with most studies to date is that each only gives a snapshot for a given basin or climate zone, and that sea-level change results in a “sliding” observation window in terms of paleo–water depth. A better understanding of the kill mechanism that caused the LOME can come from studies using multiple high-resolution sections in basin paleo-depth transects. Precisely such an undertaking is presented by Zou et al. They identify a reduction in chemical weathering interpreted as a response to glacial cooling. In addition, they use iron speciation and redox-sensitive metals to map changes in the extent of oxygen and anoxia, as well as euxinic conditions associated with toxic sulfide in the water column.

Perhaps not surprisingly, the authors find extensive ferruginous anoxia prior to the LOME in the Yangtze Sea, where the subtropical tradewind belt caused upwelling. Zou et al. observed a weathering decrease during LOMEI-1, suggesting the onset of a glacial weathering regime. They thus tie the first extinction phase to increased cooling and sea-level lowering, resulting in a decreased warm-water eco space when, in particular, low-latitude plankton went extinct. Then, what about the other victims?
Concomitant with cooling, Zou et al. found that the inner shelf was oxygenated as expected when the chemocline was pushed down during glacial sea-level fall. Interestingly, the decrease in weathering (cooling) is also associated with increasing water-column sulfide in mid-shelf and deeper settings. The latter explains the observed dying off of outer shelf-slope benthic faunas. However, increasing sulfide in an upwelling setting is surprising during cooling and sea-level lowering.
During the last glacial lowstand (ca. 20 ka) the OMZs of upwelling systems around the world seem to have been more oxygenated than during the interglacial (Jaccard and Galbraith, 2012; Scholz et al., 2014). In contrast, the deeper slope and abyss was more dysoxic, with a higher accumulation of organic carbon (Cartapanis et al., 2016). These changes presumably resulted from a strengthened oxygenated, equatorward undercurrent and reduced biological respiration in the upper water column, in response to lower metabolic activity at lower temperatures.

Ongoing research offers further insight into the oxygenation and biogeochemical response to variable shelf width during sea-level change (Fig. 1). Shelf and open ocean systems respond oppositely in the steady state with fixed input flux boundary conditions. Consistent with these results, three-dimensional regional ocean model shows that upwelling systems respond much more readily to shelf width changes than the average global shelf (cf. Al Azhar et al., 2013; M. Al Azhar and C.J. Bjerrum, our data.). These results contrast with Zou et al.’s observation of increased shelf anoxia during cooling and sea-level fall, and not during sea-level rise. The contrast indicates that other feedback relationships were at work. Reduced glacial weathering and limited increase in tradewind intensity result in no enhancement of nutrient delivery to the shelf system, underlining the observed increase in sulfide levels (Pohl et al., 2017; Pogge von Strandmann et al., 2017; Zou et al., 2018). Shelf exposure in a system with no rooted vegetation may result in further “shelf unloading”, increasing the oxygen demand in the deep ocean (Broecker, 1982). Lower temperatures further act to decrease metabolic activity, pushing the oxygen demand deeper into the ocean. When mapping the Earth system feedback, it is seen that sea-level change in the short term results in a negative feedback centered on the shelf, whereas sea-level change on the long term may be a positive feedback (see Broecker, 1982) (Fig. 2). From the results presented by Zou et al., it seems that long-term open ocean response “won” in expanding the OMZ with toxic sulfide during cooling during LOMEI-1. But perhaps the picture is more complicated.

Remember that LOMEI-1 could have occurred during global warming and rising sea level, just as LOMEI-2 did (Ghienne et al., 2014). Inspecting in detail the data of Zou et al., we see a few more intense weathering points just at the base of LOMEI-1. A short-lived interglacial could have resulted in intense weathering and sea-level rise, as also shown in temperature and glacial volume proxies (Finnegan et al., 2011). If so, it may not be the glacial interval that drove the first of the big five mass extinctions, but rather short-lived increasing temperature and sea-level rise.
Regardless, the thorough data set presented by Zou et al. presents several valuable observations. It confirms records from an upwelling location in western Laurentia, where sustained anoxia persisted though LOMEI-1 (Ahm et al., 2017). And their data set creates a paradox in how upwelling systems respond to glacial conditions during the Late Ordovician Mass Extinction.

terça-feira, 8 de julho de 2014

Mudança do clima e ação humana alteram litoral no Brasil

04/07/2014

Por Fabio Reynol
Agência FAPESP – As zonas costeiras costumam sofrer alterações provocadas por elementos naturais, como elevação do nível do mar e o regime de ondas a que são submetidas. Com as mudanças climáticas, os elementos naturais que influenciam nas alterações das praias, chamados de condições forçantes, devem se intensificar e modificar o desenho das terras costeiras.

Barreira de proteção para proteger a praia da força das ondas. Estudo realizado por pesquisadores de São Paulo e de Pernambuco detalhou a vulnerabilidade da costa nos dois estados (foto: Eduardo Siegle)

Pesquisa conduzida em São Paulo e Pernambuco, que investigou os impactos sofridos por quatro praias nos dois estados, concluiu, no entanto, que os efeitos da ação humana podem ser ainda mais fortes do que os da natureza.
Executado com apoio da FAPESP e da Fundação de Amparo à Ciência e Tecnologia do Estado de Pernambuco (Facepe), o trabalho é resultado de uma chamada de propostas lançada no âmbito de um acordo de cooperação entre as instituições.

A pesquisa “Vulnerabilidade da zona costeira dos estados de São Paulo e Pernambuco: situação atual e projeções para cenários de mudanças climáticas” durou três anos, período em que foram estudadas as praias paulistas de Ilha Comprida, no município de mesmo nome, e de Massaguaçu, em Caraguatatuba, e as pernambucanas praia da Piedade, em Jaboatão dos Guararapes, e praia do Paiva, em Cabo de Santo Agostinho.
“Escolhemos praias com características diferentes para fazer as comparações. Massaguaçu, no litoral norte paulista, e Jaboatão, na região metropolitana do Recife, são praias urbanas, enquanto Ilha Comprida e Paiva ficam em regiões menos habitadas”, disse o coordenador do projeto, Eduardo Siegle, professor do Instituto Oceanográfico da Universidade de São Paulo (IO/USP), que dividiu a liderança dos trabalhos com a professora Tereza Araújo, da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE).
A pesquisa analisou como as mudanças climáticas globais provocam alterações na costa. Uma das condições forçantes é o clima de ondas. Segundo Siegle, as mudanças climáticas provocam alterações nos regimes de ventos, principais influenciadores na formação das ondas. Com direção e força alteradas, as ondas podem redesenhar o contorno das praias, refazendo sua morfologia.

“As ondas redefinem os depósitos de sedimentos e as praias atingem um equilíbrio dinâmico mediante as condições a que estão sujeitas; pode ocorrer erosão em alguns pontos e deposição de material em outros”, disse Siegle, acrescentando que uma praia pode encolher, mudar de formato e até aumentar de tamanho.
Outro fator decorrente das mudanças climáticas é a elevação do nível do mar, que leva as ondas a ter maior alcance e atingir novos pontos da costa. Essa condição costuma aumentar erosões e provocar inundações de áreas próximas à costa.

Um ponto confirmado pelos resultados obtidos foi o fato de que, em algumas regiões, as ações antrópicas no litoral exerceram mais influência nessas alterações que as forças da natureza. “Acompanhamos imagens de décadas. Nesse período, os impactos de uma ocupação mal feita do litoral podem ser muito maiores do que aqueles provocados por mudanças climáticas”, disse.
Processos de urbanização que impermeabilizam áreas praianas necessárias ao movimento de sedimentos, por exemplo, costumam provocar erosões de forma mais acentuada. No estudo, a ação humana figurou entre os principais influenciadores da vulnerabilidade costeira.

Observação dos processos costeiros

O trabalho também se debruçou sobre as mudanças históricas nas condições forçantes naturais. Para isso, a equipe lançou mão de modelos computacionais que simularam essas forças e seus efeitos ao longo das últimas décadas. Outro método de investigação foi a coleta de dados em campo. Os pesquisadores fizeram levantamentos morfológicos, que analisam o formato das praias e mediram parâmetros de suas ondas.
A medição de variáveis físicas na região costeira exigiu a aplicação de métodos inovadores para colocar instrumentos nas zonas de arrebentação, relatou Siegle. A equipe acoplou um perfilador acústico de correntes marinhas Doppler (ADCP) em uma moto aquática com um trenó.

O equipamento fornece parâmetros como velocidade das correntes na coluna d’água, altura, direção e período das ondas. A moto aquática foi usada para levantamentos batimétricos e hidrodinâmicos em áreas rasas sujeitas à arrebentação de ondas, nas quais embarcações convencionais não conseguem navegar.
Uma série de imagens aéreas registradas ao longo de aproximadamente 40 anos foi outra importante fonte de dados para a pesquisa. Foram acessados arquivos do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) e do próprio Instituto Oceanográfico da USP. Por meio de pontos georreferenciados marcados sobre as imagens, foi possível acompanhar as alterações na faixa costeira ao longo do tempo.

Com os dados coletados pelos diferentes métodos, o grupo estabeleceu nove indicadores de vulnerabilidade: posição da linha de costa, largura da praia, elevação do terreno, obras de engenharia costeira, permeabilidade do solo, vegetação, presença de rios ou desembocaduras, taxa de ocupação e configurações ao largo. Este último diz respeito à área de mar aberto adjacente à região costeira em estudo.
Sistemas praiais mais largos tendem a ser mais estáveis que faixas estreitas, portanto menos vulneráveis. A presença de vegetação bem desenvolvida na zona pós-praia sugere um cenário de baixa erosão e rara intrusão de água salina.

A vulnerabilidade à inundação pode ser estimada, entre outros fatores, pela permeabilidade do solo. Quanto menos permeável for o solo, mais sujeita à inundação será a área. E por alterar simultaneamente vários desses fatores, a taxa de ocupação da costa é um dos mais preponderantes indicadores de vulnerabilidade de uma área costeira.

Os indicadores foram depois tabulados e classificados de acordo com três graus de vulnerabilidade: alta, média ou baixa, para cada ano analisado. Registrou-se a evolução da vulnerabilidade de cada praia estudada e os pesquisadores chegaram a várias conclusões.
“Entre elas eu destacaria a importância da ocupação humana no litoral na elevação da vulnerabilidade da praia”, disse Siegle. As praias urbanas nos dois estados apresentaram situação de vulnerabilidade maior que aquelas com taxa de ocupação menor.
A aplicação desse método foi detalhada na tese de doutorado de Paulo Henrique Gomes de Oliveira Sousa, intitulada “Vulnerabilidade à erosão costeira no litoral de São Paulo: interação entre processos costeiros e atividades antrópicas”, defendida em 2013 no Programa de Pós-Graduação em Oceanografia do IOUSP.
O projeto de pesquisa resultou em cinco trabalhos de iniciação científica, quatro dissertações de mestrado e duas teses de doutorado, uma com bolsa FAPESP – Cássia Pianca Barroso desenvolveu o trabalho “Uso de imagens de vídeo para a extração de variáveis costeiras: processos de curto a médio termo”.
De acordo com Siegle, vários artigos estão em fase de redação e quatro já foram publicados, entre eles Evolução da vulnerabilidade à erosão costeira na Praia de Massaguaçú (SP), Brasil no Journal of Integrated Coastal Management e Vulnerability assessment of Massaguaçú Beach (SE Brazil) na Ocean & Coastal Management.

Parceria São Paulo-Pernambuco

Além dos resultados científicos, o projeto apresentou como fruto a aproximação entre instituições de pesquisa paulistas e pernambucanas. “A interação foi muito grande e pesquisadores pernambucanos participaram das pesquisas em campo em São Paulo e vice-versa”, contou Siegle.
A aproximação dos grupos levou a outro trabalho conjunto FAPESP-FACEPE, o projeto “Suscetibilidade e resistência de sistemas estuarinos urbanos a mudanças globais: balanço hidro-sedimentar, elevação do nível do mar, resposta a eventos extremos”, coordenado pelos professores Carlos Schettini (UFPE) e Rubens Cesar Lopes Ferreira (IO/USP).

A execução do projeto coordenado por Siegle e Tereza Araújo ainda levou à formação do Grupo de Trabalho “Respostas da Linha de Costa” que incorpora o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Ambientes Tropicais Marinhos (AmbTropic) , sediado no Instituto de Geociências da Universidade Federal da Bahia e apoiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado da Bahia (Fapesb).