Vegetation response to Holocene climate variability in South-Western Europe

• Author(s): Oliveira, Dulce da Silva
• Date: 2012
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/8623
• Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
• Subject(s): Ciências do Mar; Teses de mestrado - 2012
• Document Type: Master thesis
• Language: English
• Advisor(s): Trigo, Ricardo M., 1967-; Naughton, Filipa, 1973-
• Contributor(s): Repositório da Universidade de Lisboa

Description

Tese de mestrado em Ciências do Mar, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2012

Understanding past climate variability, especially abrupt climate events, is essential for predicting future climate, as they may provide crucial information about the climate system’s sensitivity to perturbations. Accordingly, this research is focused on documenting the vegetation response to the natural evolution of the current interglacial period, the Holocene, and on evaluating the anthropogenic contribution to it. Also, we intend to identify the nature, timing and causes of Holocene climate variability at orbital and suborbital time scales in a key region of the North Atlantic region. The present study reveals the vegetation and climate changes in southwestern France and northern Spain for the last ca. 9000 cal. yr BP in a well dated shelf core, KS05-10, retrieved in the southwestern margin of the Bay of Biscay (Basque country). The continuous high resolution pollen record shows orbital and suborbital climate fluctuations contemporaneous with those noticed for the North Atlantic region, Greenland and Europe. The gradual decline of pine and oak trees and the general increase of herbaceous plants, reflecting a gradual cooling between 9000 and 1000 yr cal. BP, follows the cooling in Greenland as well as the decrease of mid-latitude summer insolation. The gradual replacement of the oak forest by beech also reveal the reduction of seasonality, probably triggered by the gradual increase of the precession, and the increase of moisture conditions in mid- to late Holocene. Superimposed on the orbitally induced long-term cooling, KS05 10 pollen record detects an abrupt millennial scale climatic event between 8.3 and 8.1 ka in the southwestern Bay of Biscay, which is related to the well-known 8.2 ka event. The vegetation changes (reduction of temperate and humid trees, particularly Corylus, increase of ubiquist plants, principally Cyperaceae, and the presence of Carpinus) point to a cold and wet episode. The relatively cold conditions were probably the result of the weakening of the Meridional Overturnig Circulation triggered by the final catastrophic drainage of the Laurentide Lakes and consequent input of freshwater in the North Atlantic region. However this mechanism can not explain the wet conditions detected in the KS05 10 pollen record. These wet conditions could probably be the result of the influence of the Atlantic Westerly Jet stream and prevalence of strong zonal flow and frequent low pressure systems (associated with less blocking events located in the northern Iberian Peninsula and southwestern France). The blockage of sunlight by clouds, which is associated to high precipitation, may be responsible for the particular decline of Corylus (light-demanding tree) during this climatic downturn event. Small-amplitude millennial-scale cooling events after the 8.2 ka event and until the late Holocene may be reflected in the oscillations of the hazel trees. Spectral analysis of Corylus percentages shows a climatic cyclicity of ~500yr from 9 to 3 ka, comparable with those recognized in the North Atlantic region and Greenland ice cores, suggesting common climate forcing mechanisms such as changes in solar activity and perturbation of the North Atlantic circulation. The impact of human activity on vegetation over the last 1000 years is superimposed on the climatic natural changes.

O aquecimento global é na atualidade inequívoco, sendo evidentes o aumento das temperaturas médias do ar e do oceano à escala global, o degelo de neve e gelo e o aumento dos eventos meteorológicos extremos tais como: secas, cheias, ondas de calor, vagas de frio e furacões. Dada a gravidade das consequências que as alterações climáticas acarretam, o estudo destas temáticas constitui uma prioridade na agenda de diversas nações a nível socio-económico e científico. É vital, portanto, compreender o sistema climático ampliando o conhecimento sobre os mecanismos forçadores de clima e respetivas consequências nas condições climáticas no Atlântico Norte. Neste contexto, o estudo das variações climáticas registradas no presente período interglacial, o Holocénico, representa especial relevância. Estudos sobre os interglaciários e em particular sobre o Holocénico (últimos 11500 anos) são um dos principais temas de investigação atuais. Nos últimos anos foram efetuados estudos em variadíssimos registos naturais (ex. lagos, sedimentos marinhos) de modo a compreender a natureza, duração e causas das oscilações climáticas que ocorreram durante o Holocénico. Todavia, muitas das reconstituições climáticas existentes até à data, não se baseiam na correlação direta entre o oceano, o continente e o gelo, tornando difícil obter com precisão o conhecimento das interacções entre os sistemas atmosfera-oceano-continente e do seu real impato na variabilidade climática global. Acresce ainda, à impossibilidade de se estabelecer uma correlação direta, o fato de nenhum destes registos isolados ser adequado para identificar a variabilidade temporal e espacial necessária à comparação das variações climáticas regionais com modelos climáticos. Consequentemente, o tipo de mecanismos responsáveis pela variabilidade climática Holocénica está longe de ser reconhecido. Os principais objetivos deste trabalho são a) determinar e caraterizar a evolução do clima e da vegetação no Holocénico no sudoeste da margem continental Francesa/Norte de Espanha ; e b) detetar e compreender a frequência, duração e amplitude da variabilidade climática no Holocénico, assim como inferir sobre os principais mecanismos forçadores. Para tal, foi efetuado um estudo polínico de alta resolução temporal numa sondagem colhida num ponto geograficamente estratégico Atlântico Norte: norte da Península Ibérica/sudoeste da margem continental Francesa. Este estudo mostra que a vegetação na região de estudo ao longo do Holocénico respondeu à variabilidade climática orbital e sub-orbital, e em particular ao evento abrupto designado por 8.2 ka. A diminuição gradual da floresta temperada, em particular do Pinus e do Quercus decíduo, acompanhada de um aumento sucessivo de plantas herbáceas, sugere um arrefecimento progressivo compatível com a diminuição da insolação de verão das médias latitudes do Hemisfério Norte e a diminuição gradual do δ18O nos registos de gelo na Gronelândia. Durante o Holocénico médio e superior, a substituição do Quercus decíduo e Pinus pelo Fagus, sugere, além do arrefecimento progressivo, um aumento das condições de umidade e uma diminuição da sazonalidade. A redução da sazonalidade é contemporânea com o aumento geral da precessão. Superimposta a esta variabilidade climática orbital, verificou-se um episódio caracterizado pela diminuição da floresta temperada, especialmente de Corylus, juntamente com um aumento significativo das herbáceas, sobretudo Cyperaceae e a presença de Carpinus. Estes indicadores atestam a presença do evento frio e húmido designado por “evento 8.2 ka” no norte da Península Ibérica/sudoeste da margem continental Francesa. Todas as evidências apontam para os episódios terminais de expulsão dos lagos de “Agassiz” e de “Ojibway” e a consequente redução gradual da “MOC” (meridional overturning circulation), como as principais causas para o súbito arrefecimento durante o evento 8.2 ka. A diminuição da intensidade da circulação termohalina terá impedido o transporte de calor para as altas latitudes provocando a diminuição da temperatura registada no Atlântico Norte e na Europa. Este trabalho propõe que o mecanismo atmosférico que explica as condições húmidas durante este evento nas latitudes médias da Europa envolve alterações na atividade ciclónica e na posição da Corrente de Jato no Atlântico, e a prevalência de situações de forte circulação zonal com frequentes sistemas depressionários tipicos de uma ausencia de eventos de bloqueio na zona de estudo. Além disso, o aumento na quantidade de nuvens durante este evento abrupto pode ter induzido à particular diminuição de Corylus (árvore dependente de bastante luz para o seu desenvolvimento) através do bloqueio da luz solar e consequente diminuição da sua disponibilidade. A variabilidade climática sub-orbital não é muito evidente após o evento 8.2 ka no nosso registo polínico. No entanto, as percentagens de todos os taxa foram submetidas a uma análise espetral (Wavelet), de forma a determinar a evolução temporal das amplitudes e periodicidades prevalentes das variações climáticas holocénicas na região da Atlântico Norte em estudo. Foi obtida uma ciclicidade de ~500 anos para o Corylus. Esta ciclicidade é semelhante à detectada em registos na Gronelândia e no Atlântico Norte, o que sugere que esta espécie, em particular, terá respondido aos mesmos mecanismos climáticos forçadores (variações na atividade solar e/ou perturbações da circulação termohalina). Contudo, o nosso registo não possui resolução temporal suficiente para explorar esta possibilidade, sendo necessário para isso efetuar estudos adicionais. No último milénio, tornou-se evidente que o impato antropogénico através da presença contínua de espécies indicadoras de atividade antropogénica, como Castanea sativa, Juglans e cereais. O impacto humano aparenta ter sido sobreposto à variabilidade climática natural milenar durante este milénio. Este estudo contribuiu para a reconstrução das condições paleoclimáticas e a resultante resposta da vegetação ao longo do Holocénico no Norte da Península Ibérica/Sul de França; bem como para a compreensão dos mecanismos forçadores responsáveis por esta variabilidade climática orbital e sub-orbital. Os resultados desta pesquisa serão integrados nos dados existentes de alta resolução de várias regiões geográficas “chave” do Atlântico Norte incluídas no projeto CLIMHOL " Variabilidade climática Holocénica registada no Atlântico Norte e continente adjacente: correlação directa oceano-continente" (referência PTDC/AAC- CLI/100157/2008), financiado por fundos nacionais através da FCT/MCTES (PIDDAC) e co-financiado pelo Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional – FEDER- através do COMPETE – Programa Operacional Factores de Competitividade – POFC. É importante realçar que a avaliação do tempo e a natureza de resposta da vegetação a eventos abruptos como o 8.2 ka é de particular importância pois os modelos climáticos preveem uma redução na intensidade da “MOC” devido ao aquecimento global. Em termos de investigação no futuro, pretende-se continuar a aprofundar o conhecimento dos mecanismos envolvidos nas alterações climáticas. Deste modo, é essencial detectar e compreender a frequência, duração e amplitude e os mecanismos responsáveis pela variabilidade climática natural em períodos interglaciares com condições análogas ao Holocénico, mas que não são influenciadas pelas atividades humanas.