Post-glacial carbon stocks in two restricted Patagonian fjord basins (52°S) using acoustic profiles and sediment cores

Tief unter der Meeresoberfläche, in den kalten, geschützten Gewässern Südpatagoniens, liegt ein riesiges, stilles Archiv der jüngeren Erdgeschichte. Diese Unterwasser-Täler, bekannt als Fjorde, fungieren als natürliche Fallen für Sedimente. Wenn Flüsse Boden, Gesteinsfragmente und organisches Material vom Land herantragen, verlangsamt sich die Strömung in diesen tiefen Becken, wodurch das Material absinken und über Jahrtausende hinweg aufschichten kann. Dieser Prozess ist nicht nur eine geologische Kuriosität; er ist ein entscheidender Teil des globalen Kohlenstoffkreislaufs. Kohlenstoff, der grundlegende Baustein des Lebens, wird in diesen Schichten aus Schlamm und Sand eingeschlossen und somit effektiv aus der Atmosphäre entfernt, wo er ansonsten zur Erwärmung des Planeten beitragen könnte. Wissenschaftler wissen schon lange, dass Fjorde effizient darin sind, Kohlenstoff zu begraben, aber sie hatten Schwierigkeiten, genau zu messen, wie viel dort gespeichert ist. Die meisten bisherigen Studien stützten sich darauf, eine einzelne Probe von der Oberseite des Meeresbodens oder aus einem einzigen schmalen Schlammrohr zu entnehmen und dann zu schätzen, wie gut dieses kleine Stück das gesamte Becken repräsentiert. Dieser Ansatz übersieht oft das große Ganze, da er die komplexen Formen des Meeresbodens oder die tiefen Sedimentschichten, die weit unter der Oberfläche liegen, nicht berücksichtigt.

Um dieses Rätsel zu lösen, wandten Forscher ihre Aufmerksamkeit auf zwei spezifische, beschränkte Becken im südpatagonischen Fjordsystem: Bahía Caribe und Bahía Trampa. Dies sind kleine, tiefe Wasserbecken, die von steilem Land umgeben sind und in einer Region liegen, die von starken Winden und heftigen Regenfällen geprägt ist. Die Forscher wollten wissen, welche Gesamtmenge an Kohlenstoff in der gesamten Sedimentsäule dieser Becken gespeichert ist, vom obersten Meeresboden bis zur Basis der postglazialen Ablagerungen. Sie wussten, dass die Betrachtung nur der Oberfläche eine irreführend geringe Zahl liefern würde, also entwickelten sie einen Weg, um die gesamte Geschichte zu sehen. Sie kombinierten zwei verschiedene Methoden: Zuerst verwendeten sie ein spezielles Sonargerät, um die Form des Meeresbodens und der Sedimentschicht abzubilden, wodurch sie ein dreidimensionales Modell des verborgenen Tals erstellten. Zweitens entnahmen sie lange, kontinuierliche Sedimentröhren aus den tiefsten Teilen dieser Becken, um die chemische Zusammensetzung des Schlamms in verschiedenen Tiefen zu analysieren. Durch die Zusammenführung der Beckenform mit den chemischen Daten aus den Kernen konnten sie das Gesamtgewicht des im Boden verborgenen Kohlenstoffs berechnen. Da die Sedimentschichten in einigen Bereichen tiefer waren als die Kerne, nutzten sie statistische Modellierung, um den Kohlenstoffgehalt in den tiefsten, nicht beprobten Abschnitten basierend auf den in den tiefsten Teilen ihrer Proben gefundenen Mustern zu schätzen.

Die Ergebnisse enthüllten ein verborgenes Kohlenstoffreservoir, das weitaus größer war, als Oberflächenmessungen vermuten ließen. In dem größeren Becken, Bahía Caribe, berechnete das Team, dass das Sediment etwa 65.100 Tonnen organischen Kohlenstoffs und 38.000 Tonnen anorganischen Kohlenstoffs enthält. In dem kleineren, flacheren Becken, Bahía Trampa, betrug die Gesamtsumme etwa 13.400 Tonnen organischen Kohlenstoffs und 4.600 Tonnen anorganischen Kohlenstoffs. Als die Forscher diese Tiefen-Gesamtmengen mit der Menge an Kohlenstoff verglichenen, die in nur den obersten zehn Zentimetern des Sediments gefunden wurde, stellten sie einen erschütternden Unterschied fest. Der gesamte Kohlenstoff, der in der vollen Säule des Sediments gespeichert ist, war etwa hundertmal größer als das, was durch die Betrachtung der Oberflächenschicht geschätzt worden wäre. Diese massive Diskrepanz verdeutlicht, wie gefährlich es ist, davon auszugehen, dass die oberste Schicht des Schlamms den gesamten Haufen repräsentiert; die tiefen Schichten halten den weitaus größten Teil des gespeicherten Kohlenstoffs.

Eine unerwartete Entdeckung war die signifikante Menge an anorganischem Kohlenstoff in diesen Becken. Während organischer Kohlenstoff von lebenden Dingen wie Pflanzen und Tieren stammt, kommt der anorganische Kohstoff in diesen Sedimenten von den Schalen winziger Meereskreaturen und anderen Mineralfragmenten. In Bahía Caribe machte dieser anorganische Kohlenstoff 37 Prozent des gesamten Kohlenstoffvorrats aus, und in Bahía Trampa betrug er 25 Prozent. Dies ist eine entscheidende Unterscheidung, da die Art und Weise, wie anorganischer Kohlenstoff gespeichert wird, sich von der des organischen Kohlenstoffs unterscheidet. Die Bildung dieser mineralischen Schalen setzt tatsächlich eine kleine Menge Kohlendioxid in das umgebende Wasser frei, was bedeutet, dass dieser Kohlenstoff zwar im Sediment begraben ist, aber nicht in der gleichen Weise wie organisches Material als Nettoentnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre wirkt. Die Forscher merkten an, dass dieser anorganische Kohlenstoff wahrscheinlich aus den Schalen von Kreaturen wie Muscheln und mikroskopischen Foraminiferen stammte, die im Wasser lebten, und nicht aus dem Gestein an Land, welches keine Karbonatmineralien enthält.

Die Studie beleuchtete auch, wie die Form des Beckens und die Wassertiefe beeinflussen, was gespeichert wird. Das größere, tiefere Becken, Bahía Caribe, das über einen tieferen Kanal mit dem offenen Ozean verbunden ist, enthielt einen höheren Anteil an anorganischem Kohlenstoff im Vergleich zum kleineren, flacheren Becken. Dies deutet darauf hin, dass die Meeresumwelt im tieferen Becken günstiger für das Wachstum von schalenbildenden Organismen war. Im Gegensatz dazu war das flachere Becken stärker durch Süßwasser und glaziale Abflüsse beeinflusst, was zu einer anderen Mischung der Sedimente führte. Die Forscher nutzten eine statistische Methode, um die Form der Sedimentschichten tausendmal zu simulieren, um die Unsicherheit zu berücksichten und sicherzustellen, dass ihre endgültigen Zahlen robust sind. Sie fanden heraus, dass sie zwar das unterste Ende des Sediments in einigen Bereichen nicht sehen konnten, die Schichten, die sie beprobt hatten, jedoch darauf hindeuteten, dass die Kohlenstoffdichte auch in großen Tiefen stabil blieb.

Letztendlich liefert diese Arbeit ein viel klareres Bild davon, wie viel Kohlenstoff in den Fjorden Patagoniens verborgen ist. Sie zeigt, dass das Verlassen von reinen Oberflächenproben die wahre Speicherkapazität dieser Unterwasser-Täler massiv unterschätzt. Die Gesamtmenge an Kohlenstoff in diesen beiden Becken ist vergleichbar mit der Kohlenstoffmenge, die in den Torfmooren der Region gespeichert ist, welche berühmt für ihre Fähigkeit bekannt sind, Kohlenstoff zu halten. Die Studie warnt jedoch auch, dass nicht der gesamte Kohlenstoff im Sediment gleich ist; der anorganische Teil spielt, obwohl substanziell, eine andere Rolle im Klimasystem als der organische Teil. Durch die Kartierung der vollen Tiefe dieser Becken haben die Forscher eine genauere Bilanzierung des Kohlenstoffbudgets der Erde geliefert und gezeigt, dass die tiefen, stillen Schichten der Fjorde einen bedeutenden und zuvor übersehenen Teil des Kohlenstoffs des Planeten beherbergen. Dieses Verständnis ist essenziell, um präzise vorherzusagen, wie die Erde klimatisch auf Veränderungen in der Zukunft reagieren wird, während diese unterwassergestützten Archive mit den Gezeiten und dem Eis weiter wachsen und sich verändern.