Late-Pleistocene and mid-Holocene environmental changes in highland valley head areas of Santa Catarina state, Southern Brazil

Low resolution of the continental sedimentary record is a common source of skepticism about the application of geomorphology and sedimentology to Quaternary studies. In spite of this, when supported by independent proxy data, geomorphology and sedimentology may favor palaeo-hydrologic interpretation. This paper associates geomorphologic, stratigraphic, sedimentologic, isotopic, palynologic and geochronologic data. The research was conducted in valley head sites in southern Brazilian highlands, under mild subtropical climate. The results point to environmental changes, the ages of which coincide to Marine Isotopic Stages (MIS) 5b, 3, 2 and 1. Although late-Pleistocene temperatures and precipitation were lower than those of today, the study valley heads seem to have sustained locally wetter environments, which fed shallow soil–water saturated zones. These saturated zones are believed to have expanded during transitions between stadial and interstadial states, contributing to hillslope erosion and sedimentation regardless of the sign of the climatic change. The interior organization of holocenic slope-wash deposits suggests that the mid-Holocene climate was drier than today’s and was under the influence of seasonally contrasting precipitation regimes. The predominance of overland flow-related sedimentary records suggests that an excess of precipitation over evaporation influenced local palaeo-hydrology. This palaeo-hydrologic condition seems to have been recurrent and also explains the alternating periods of pedogenesis and sedimentation.

ResumoA baixa resolução do registro sedimentar continental é causa freqüente de ceticismo relacionado à aplicação da geomorfologia e da sedimentologia a estudos do Quaternário. No entanto, quando apoiadas em dados representativos independentes, estas disciplinas podem favorecer a interpretação paleoidrológica. Este trabalho associa dados geomorfológicos, estratigráficos, sedimentológicos, isotópicos, palinológicos e geocronológicos. Foram investigadas cabeceiras de vale localizadas em planalto do sul do Brasil, sob clima subtropical relativamente ameno. Os resultados apontam para mudanças ambientais cujas idades coincidem com os Estágios Isotópicos Marinhos (EIM) 5b, 3, 2 e 1. Apesar de temperaturas e precipitações inferiores às atuais no final do Pleistoceno, as cabeceiras de vale estudadas mantiveram ambientes relativamente úmidos ao longo do tempo, propiciando o desenvolvimento de zonas de saturação sub-superficial. Estas zonas de saturação tenderiam a expandir durante períodos de transição entre estádios e interestádios, favorecendo erosão e sedimentação independentes do sinal das mudanças climáticas. A organização interna de sedimentos de encosta indica regime climático anual com longa estação seca durante o Holoceno Médio. O predomínio de registro sedimentar relacionado com o escoamento superficial sugere regime paleoidrológico no qual a precipitação tenderia a suplantar a evaporação. Esta situação paleoidrológica parece recorrente e explica ainda períodos alternados de pedogênese e sedimentação.