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Tracking major changes in wildfire regimes during MIS 12 and MIS 16 in the western Iberian Peninsula
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Abstract(s)
Global warming and a predicted unprecedented increase in CO2 by 2100 underscore the urgent need for an enhanced understanding of the climate system. Accelerated global warming is impacting ice sheet melting and intensifying climate hazards, particularly in vulnerable regions. Transitional periods between glacial and interglacial states, including glacial terminations, have historically seen rapid temperature and CO2 increases every 100 kyr, accompanied by abrupt climate shifts occurring over millennial to century scales. The main objective of this master project is to document changes in biomass burning and wildfire regimes during glacial periods (Marine Isotope Stages (MIS) 16 and 12) in the western Iberian Peninsula and explore its relationship with vegetation type and climate conditions obtained in the framework of the Hydroshifts project (PTDC/CTA-CLI/4297/2021). These periods offer a unique opportunity to understand the non-linear behaviour of the climate system, serving as valuable benchmarks for testing the forecasted climate. Through microcharcoal analysis, variations of fire regimes during dry (glacial) was determined and compared with vegetation data, obtained by other researchers in the framework of the Hydroshifts project. The main findings showed that under drier (colder) conditions as modulated by orbital factors and AMOC shut-down during MIS 12 increased fire activity is stronger associated with semi-desert vegetation. During wetter conditions as found in MIS 16 due to higher amplitude of precession and AF position further north, fire activity was lower and more associated with heathland vegetation. Albeit both being strong glacials, these differences in relative wetness can be attributed to the strength of the Atlantic meriodional overturning circulation (AMOC) and its influence on the location of the Arctic Front (AF) which modulates the climate on the western-Iberian Peninsula and leads to different fire activity behaviour.
O aquecimento global e um aumento sem precedentes de CO2 previsto até 2100 sublinham a necessidade urgente de uma melhor compreensão do sistema climático. O aquecimento global acelerado está a ter impacto no degelo dos glaciares e a intensificar os riscos climáticos, especialmente nas regiões vulneráveis. Os períodos de transição entre estados glaciares e interglaciares, incluindo as terminações glaciares, têm registado historicamente aumentos rápidos de temperatura e de CO2 a cada 100 kyr, acompanhados por mudanças climáticas abruptas que ocorrem em escalas milenares a centenárias. Assim, o estudo dos estados glaciares que precedem estas rápidas transições, especialmente em regiões vulneráveis às alterações climáticas, é importante para as medidas de adaptação. O Mediterrâneo, incluindo o sudoeste (SW) da Península Ibérica, é muito suscetível a aumentos na extensão, gravidade e frequência dos eventos de seca provocados pelo aumento da evaporação e pela redução da precipitação (Giorgi e Lionello, 2008). Isto leva a um risco acrescido de incêndios florestais e a danos irreversíveis nos ecossistemas naturais (Ruffault, 2020). Além disso, o aquecimento global está também a contribuir para o degelo dos glaciares do Hemisfério Norte, o que provoca a subida do nível do mar e uma redução da circulação meridional do Oceano Atlântico (AMOC). Uma redução da AMOC provoca um maior contraste de temperatura entre as latitudes elevadas e médias do Atlântico Norte (NA) (Caesar et al., 2018) e, assim, altera a circulação atmosférica, o que, por sua vez, leva ao aumento da ocorrência de eventos climáticos extremos no sudoeste da Europa. As regiões já áridas estão a tornar-se mais secas, com riscos de incêndio consequentemente mais elevados relacionados com épocas de incêndios mais longas, bem como com um aumento na intensidade de outros perigos naturais (JRC, 2014). Em 2017, ocorreu uma série de incêndios florestais que afetaram o oeste da Península Ibérica, queimando cerca de 500.000 hectares de área natural e causando vítimas humanas. Estes eventos foram explicados através de simulações climáticas recentes, pelas temperaturas elevadas e pela persistência da seca estival (Turco et al., 2019). O principal objetivo do presente projeto de mestrado foi documentar as alterações nos regimes de queima de biomassa e de incêndios florestais durante os períodos glaciares (Estágios Isótopos Marinhos (MIS) 16 e 12) no oeste da Península Ibérica e explorar a sua relação com o tipo de vegetação e as condições climatéricas obtidas neste âmbito. Estes dois períodos oferecem uma oportunidade única para compreender o comportamento não linear do sistema climático, servindo como referências valiosas para testar o modelo climático considerando as semelhanças e diferenças das respostas climáticas no último período glaciar (Past Interglacials Working Group of PAGES et al., 2016). Através da análise de microcarvão, foram determinadas as variações dos regimes de fogo durante a seca (glaciar) e comparadas com dados de vegetação, obtidos por outros investigadores no âmbito do projeto Hydroshifts. Para o efeito, foram aplicados critérios petrográficos para identificar e quantificar partículas de microcarvão utilizando uma análise automatizada de imagens num microscópio Leica DMRBE com ampliação de 500x. Um total de 200 imagens de amostras foram analisadas para garantir robustez estatística. A análise de imagem identifica também partículas não queimadas, verificando a ausência de estruturas vegetais e diferenças na reflectância, garantindo a identificação precisa de microcarvão. A partir das medições laboratoriais foram calculados os seguintes parâmetros para cada amostra: Concentração de Microcarvão (CCnb), Concentração de Área Superficial de Microcarvão (CCs), Área Superficial Média e Alongamento (relação comprimento/largura). Os valores de alongamento foram estabelecidos em 2,2 e 1,8 para distinguir entre incêndios em pastagens e matagais. Além disso, as partículas de microcarvão foram classificadas com base nas taxas de alongamento em tipos de árvores e arbustos (alongamento <2,5), arbustos e gramíneas (2,5-3,5) e gramíneas (alongamento >3,5), com percentagens correspondentes calculadas. A análise estatística, incluindo ANOVA, testes HSD de Tukey e testes de correlação de Pearson, foi realizada para comparar a concentração e o alongamento do carvão vegetal entre os tipos de vegetação, utilizando o programa R 4.3.2. Estes testes ajudaram a avaliar a importância dos padrões observados na concentração de carvão e nos regimes de fogo. O MIS 12, caracterizado por uma Circulação Meridional do Oceano Atlântico (AMOC) enfraquecida e uma posição da Frente Polar Ártica mais a norte e, portanto, por condições mais áridas, registou uma atividade significativa de incêndios, predominantemente alimentada por pastagens e vegetação semidesértica. Os mínimos de precessão durante o MIS 12 contribuíram para verões mais quentes, secando a vegetação e aumentando a frequência e intensidade dos incêndios. A atividade de incêndios durante o MIS 12 pode ser classificada, seguindo Karp et al. (2023), como limitada pela humidade do combustível, onde as condições de seca promoveram a queima de vegetação florestal semidesértica e mediterrânica. Em contraste, o MIS 16 apresentou um clima mais estável com menos atividade de fogo, impulsionado por uma AMOC relativamente forte e condições mais húmidas que suportaram uma vegetação lenhosa mais resistente ao fogo. Durante este período, os regimes de fogo foram de carga limitada, com incêndios a ocorrerem durante períodos mais húmidos, quando o aumento do crescimento da vegetação fornecia combustível suficiente, especialmente em ambientes de charneca. Esta dinâmica reflete um sistema de “quantidade de combustível limitada ao fogo excluído” (classificação de Karp et al. (2023)), onde o fogo era mais prevalente em florestas mediterrânicas abertas, mas reduzido em ambientes florestais fechados. Quando comparado com o Último Período Glaciar, o MIS 16 apresenta semelhanças no comportamento do fogo, com um aumento da atividade de incêndios durante os períodos mais húmidos, enquanto o MIS 12 contrasta ao apresentar uma maior atividade de incêndios durante as fases mais secas e frias. O Último Período Glaciar, com o seu clima mais seco e vegetação semidesértica no sudoeste da Península Ibérica, viu a atividade de incêndios mais estreitamente alinhada com sistemas de carga de combustível limitada, embora menos intensa do que durante o MIS 12. A maior atividade de incêndios durante os estádios frios do MIS 12 destaca uma resposta única às alterações climáticas, impulsionada pelo colapso do AMOC e pelo forçamento orbital. Este estudo destaca as complexas interações entre o clima, a vegetação e os regimes de incêndios durante os períodos glaciares, ilustrando como fatores externos, como os ciclos da precessão e obliquidade, juntamente com fatores internos, como a AMOC e a circulação atmosférica, moldaram a dinâmica dos incêndios. A comparação com o Último Período Glaciar destaca a variabilidade nas respostas do fogo às alterações climáticas e fornece informações importantes sobre as relações clima-fogo passadas e futuras.
O aquecimento global e um aumento sem precedentes de CO2 previsto até 2100 sublinham a necessidade urgente de uma melhor compreensão do sistema climático. O aquecimento global acelerado está a ter impacto no degelo dos glaciares e a intensificar os riscos climáticos, especialmente nas regiões vulneráveis. Os períodos de transição entre estados glaciares e interglaciares, incluindo as terminações glaciares, têm registado historicamente aumentos rápidos de temperatura e de CO2 a cada 100 kyr, acompanhados por mudanças climáticas abruptas que ocorrem em escalas milenares a centenárias. Assim, o estudo dos estados glaciares que precedem estas rápidas transições, especialmente em regiões vulneráveis às alterações climáticas, é importante para as medidas de adaptação. O Mediterrâneo, incluindo o sudoeste (SW) da Península Ibérica, é muito suscetível a aumentos na extensão, gravidade e frequência dos eventos de seca provocados pelo aumento da evaporação e pela redução da precipitação (Giorgi e Lionello, 2008). Isto leva a um risco acrescido de incêndios florestais e a danos irreversíveis nos ecossistemas naturais (Ruffault, 2020). Além disso, o aquecimento global está também a contribuir para o degelo dos glaciares do Hemisfério Norte, o que provoca a subida do nível do mar e uma redução da circulação meridional do Oceano Atlântico (AMOC). Uma redução da AMOC provoca um maior contraste de temperatura entre as latitudes elevadas e médias do Atlântico Norte (NA) (Caesar et al., 2018) e, assim, altera a circulação atmosférica, o que, por sua vez, leva ao aumento da ocorrência de eventos climáticos extremos no sudoeste da Europa. As regiões já áridas estão a tornar-se mais secas, com riscos de incêndio consequentemente mais elevados relacionados com épocas de incêndios mais longas, bem como com um aumento na intensidade de outros perigos naturais (JRC, 2014). Em 2017, ocorreu uma série de incêndios florestais que afetaram o oeste da Península Ibérica, queimando cerca de 500.000 hectares de área natural e causando vítimas humanas. Estes eventos foram explicados através de simulações climáticas recentes, pelas temperaturas elevadas e pela persistência da seca estival (Turco et al., 2019). O principal objetivo do presente projeto de mestrado foi documentar as alterações nos regimes de queima de biomassa e de incêndios florestais durante os períodos glaciares (Estágios Isótopos Marinhos (MIS) 16 e 12) no oeste da Península Ibérica e explorar a sua relação com o tipo de vegetação e as condições climatéricas obtidas neste âmbito. Estes dois períodos oferecem uma oportunidade única para compreender o comportamento não linear do sistema climático, servindo como referências valiosas para testar o modelo climático considerando as semelhanças e diferenças das respostas climáticas no último período glaciar (Past Interglacials Working Group of PAGES et al., 2016). Através da análise de microcarvão, foram determinadas as variações dos regimes de fogo durante a seca (glaciar) e comparadas com dados de vegetação, obtidos por outros investigadores no âmbito do projeto Hydroshifts. Para o efeito, foram aplicados critérios petrográficos para identificar e quantificar partículas de microcarvão utilizando uma análise automatizada de imagens num microscópio Leica DMRBE com ampliação de 500x. Um total de 200 imagens de amostras foram analisadas para garantir robustez estatística. A análise de imagem identifica também partículas não queimadas, verificando a ausência de estruturas vegetais e diferenças na reflectância, garantindo a identificação precisa de microcarvão. A partir das medições laboratoriais foram calculados os seguintes parâmetros para cada amostra: Concentração de Microcarvão (CCnb), Concentração de Área Superficial de Microcarvão (CCs), Área Superficial Média e Alongamento (relação comprimento/largura). Os valores de alongamento foram estabelecidos em 2,2 e 1,8 para distinguir entre incêndios em pastagens e matagais. Além disso, as partículas de microcarvão foram classificadas com base nas taxas de alongamento em tipos de árvores e arbustos (alongamento <2,5), arbustos e gramíneas (2,5-3,5) e gramíneas (alongamento >3,5), com percentagens correspondentes calculadas. A análise estatística, incluindo ANOVA, testes HSD de Tukey e testes de correlação de Pearson, foi realizada para comparar a concentração e o alongamento do carvão vegetal entre os tipos de vegetação, utilizando o programa R 4.3.2. Estes testes ajudaram a avaliar a importância dos padrões observados na concentração de carvão e nos regimes de fogo. O MIS 12, caracterizado por uma Circulação Meridional do Oceano Atlântico (AMOC) enfraquecida e uma posição da Frente Polar Ártica mais a norte e, portanto, por condições mais áridas, registou uma atividade significativa de incêndios, predominantemente alimentada por pastagens e vegetação semidesértica. Os mínimos de precessão durante o MIS 12 contribuíram para verões mais quentes, secando a vegetação e aumentando a frequência e intensidade dos incêndios. A atividade de incêndios durante o MIS 12 pode ser classificada, seguindo Karp et al. (2023), como limitada pela humidade do combustível, onde as condições de seca promoveram a queima de vegetação florestal semidesértica e mediterrânica. Em contraste, o MIS 16 apresentou um clima mais estável com menos atividade de fogo, impulsionado por uma AMOC relativamente forte e condições mais húmidas que suportaram uma vegetação lenhosa mais resistente ao fogo. Durante este período, os regimes de fogo foram de carga limitada, com incêndios a ocorrerem durante períodos mais húmidos, quando o aumento do crescimento da vegetação fornecia combustível suficiente, especialmente em ambientes de charneca. Esta dinâmica reflete um sistema de “quantidade de combustível limitada ao fogo excluído” (classificação de Karp et al. (2023)), onde o fogo era mais prevalente em florestas mediterrânicas abertas, mas reduzido em ambientes florestais fechados. Quando comparado com o Último Período Glaciar, o MIS 16 apresenta semelhanças no comportamento do fogo, com um aumento da atividade de incêndios durante os períodos mais húmidos, enquanto o MIS 12 contrasta ao apresentar uma maior atividade de incêndios durante as fases mais secas e frias. O Último Período Glaciar, com o seu clima mais seco e vegetação semidesértica no sudoeste da Península Ibérica, viu a atividade de incêndios mais estreitamente alinhada com sistemas de carga de combustível limitada, embora menos intensa do que durante o MIS 12. A maior atividade de incêndios durante os estádios frios do MIS 12 destaca uma resposta única às alterações climáticas, impulsionada pelo colapso do AMOC e pelo forçamento orbital. Este estudo destaca as complexas interações entre o clima, a vegetação e os regimes de incêndios durante os períodos glaciares, ilustrando como fatores externos, como os ciclos da precessão e obliquidade, juntamente com fatores internos, como a AMOC e a circulação atmosférica, moldaram a dinâmica dos incêndios. A comparação com o Último Período Glaciar destaca a variabilidade nas respostas do fogo às alterações climáticas e fornece informações importantes sobre as relações clima-fogo passadas e futuras.
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Regimes de fogo MIS 12 MIS 16 Microcarvão Península Ibérica do SO