Sediment organic carbon sources, accumulation and stock estimates in a temperate lake over the past 10,000 years in Ireland

Resumen Técnico: Fuentes, Acumulación y Estimaciones de Reservas de Carbono Orgánico en Sedimentos de un Lago Templado en Irlanda durante los últimos 10.000 años

Planteamiento del Problema
Aunque se reconoce que los sedimentos lacustres son sumideros significativos de carbono orgánico (CO) a largo plazo, las estimaciones robustas y basadas en datos de estos depósitos a escala milenaria siguen siendo limitadas, particularmente para lagos templados. La literatura existente suele centrarse en sistemas boreales o en la acumulación a corto plazo (escala decadal), dejando vacíos en la comprensión de los impulsores de la captura de CO, la atribución de fuentes y la cuantificación de las reservas totales en cuencas templadas dominadas por turberas. Además, la estimación de las reservas totales de CO en lagos se complica debido al enfoque de sedimentos (la acumulación preferencial de sedimentos en las áreas más profundas de la cuenca) y la dificultad de medir con precisión el volumen total de sedimento sin realizar extensas prospecciones hidroacústicas. Este estudio aborda estas lagunas investigando la cantidad, las fuentes y las tasas de acumulación de CO en los sedimentos de Lough Feeagh, un lago templado en el oeste de Irlanda, durante los últimos 10.000 años.

Metodología
El estudio empleó un enfoque de múltiples proxies combinando la extracción de núcleos de sedimentos, datación por radiocarbono, análisis geoquímico y prospección hidroacústica:

1. Extracción de Núcleos de Sedimentos y Cronología: Se extrajeron dos núcleos de Lough Feeagh. Un núcleo de pistón largo (LF17, 813 cm) proporcionó un registro de 10.000 años, mientras que un núcleo de gravedad superficial corto (LF21, 43 cm) capturó la sedimentación reciente. La cronología para LF17 se estableció mediante 12 dataciones de radiocarbono por Espectrometría de Masas con Aceleradores (AMS) en macrofósiles, modeladas mediante el paquete de R rbacon (Bayesian). LF21 se dató utilizando $^{210}$Pb, $^{137}$Cs y $^{241}$Am para establecer una cronología reciente y calcular un factor de corrección por enfoque de sedimentos.
2. Análisis Geoquímico: Las muestras de sedimento se analizaron para determinar la Densidad de Masa Seca (DMS), la Pérdida por Ignición (PI) y el contenido de carbono orgánico (CO). Se midieron los isótopos estables ($\delta^{13}$C y $\delta^{15}$N) y la relación C:N para distinguir entre fuentes de CO autóctonas (del lago) y alóctonas (terrestres).
3. Tasas de Acumulación: Se calcularon las Tasas de Acumulación de Masa (TAM) y las Tasas de Acumulación de Carbono Orgánico (TACO). Los valores de TACO se corrigieron por el enfoque de sedimentos utilizando la relación entre el flujo de $^{210}$Pb en el sedimento y el flujo atmosférico regional, derivado de los datos de LF21.
4. Prospección Hidroacústica y Estimación de Volumen: Se utilizó un perfilador de subfondo (SES-2000) para mapear el espesor del sedimento en todo el lago. Debido a la falta de datos en áreas poco profundas o ricas en gas, se estableció una relación estadística entre la profundidad del agua y el espesor del sedimento utilizando los puntos de datos acústicos disponibles. Esta relación se aplicó a los datos batimétricos para estimar el volumen total de sedimento de toda la cuenca.
5. Cálculo de Reservas: La reserva total de CO se estimó multiplicando el volumen de sedimento calculado por los valores medianos de densidad de CO derivados de LF17, LF21 y cuatro núcleos históricos. La incertidumbre se cuantificó utilizando los rangos de los percentiles 5 y 95.

Resultos Clave

• Estratigrafía y Cronología de los Sedimentos: El núcleo transitó de arcilla glacial (el 17% inferior) a sedimentos ricos en materia orgánica aproximadamente a los 10.000 cal. AP (años antes del presente). La sección orgánica mostró sedimentos homogéneos y no laminados, lo que sugiere que la anoxia prolongada no fue probable.
• Tasas de Acumulación: Se produjo un aumento significativo tanto en la TAM como en la TACO alrededor de los 3.700 cal. AP, seguido de un aumento constante durante los últimos 2.000 años. La TACO promedio del Holoceno corregida fue de 7,19 g C m$^{-2}$ año$^{-1}$ (DE $\pm$ 2,92), con un máximo de 14,69 g C m$^{-2}$ año$^{-1}$. El análisis estadístico indicó que la TACO estuvo impulsada principalmente por la TAM ($r^2$ = 0,90), más que por el contenido de CO del sedimento.
• Fuentes de CO: Los indicadores geoquímicos (altas relaciones C:N con un promedio de 23,8, valores de $\delta^{13}$C con un promedio de -27,9‰ y valores de $\delta^{15}$N) señalaron consistentemente una fuente terrestre dominante de CO, probablemente derivada de los suelos de turbera circundantes. Esta firma de la fuente se mantuvo relativamente constante durante los 10.000 años.
• Reserva Total de CO: La prospección hidroacústica estimó un volumen total de sedimento de 9,9 $\times$ 10$^6$ m$^3$. Aplicando los valores medianos de densidad de CO, el estudio estimó una reserva total mediana de CO de 205 kT de CO (rango de percentiles 5–95: 115–246 kT de CO). La reserva de CO ponderada por área se estimó en 52 kg de CO m$^{-2}$.

Significancia y Afirmaciones
Los autores presentan la primera estimación a escala milenaria de las reservas, tasas de acumulación y fuentes de carbono en los sedimentos de un lago en Irlanda. El estudio destaca que los lagos templados en cuencas dominadas por turberas, como Lough Feeagh, representan un componente sustancial y actualmente subcuantificado de la reserva nacional de carbono.

El artículo afirma que sus hallazgos proporcionan datos críticos para refinar los presupuestos de carbono locales y nacionales. Al demostrar que la acumulación de CO está impulsada principalmente por la entrada de sedimentos (TAM) en lugar de cambios en la concentración de CO, y que la fuente es predominantemente terrestre, el estudio ofrece una comprensión mecánica de la captura de carbono en estos sistemas. Los autores sostienen que los sedimentos lacustres deben ser considerados explícamente en las futuras evaluaciones y estrategias de gestión del almacenamiento de carbono, especialmente dado el solapamiento entre los lagos irlandeses y las extensas distribuciones de turberas. El estudio también valida una metodología que combina la estimación de volumen hidroacústico con los datos de densidad derivados de los núcleos como un enfoque viable para cuantificar las reservas de carbono en lagos donde la medición directa del volumen es difícil.

Limitaciones Reconocidas
Los autores señalan que el factor de corrección por enfoque de sedimentos se aplicó de manera uniforme durante todo el Holoceno, asumiendo la invarianza temporal, a pesar de la evidencia de cambios en los patrones de deposición. Además, la estimación del volumen de sedimento en áreas sin datos acústicos dependió de una relación entre profundidad y espesor, y se asumió que la densidad de CO es consistente en toda la cuenca basándose en los datos de los núcleos disponibles. La presencia de bolsas de gas en la cuenca norte, que impidió la recolección de datos acústicos, introduce incertidumbre, aunque los autores argumentan que la relación establecida es el mejor proxy disponible para este lago específico.