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

Profondément sous la surface de l'océan, dans les eaux froides et abritées du sud de la Patagonie, se trouve une vaste et silencieuse archive de l'histoire récente de la Terre. Ces vallées sous-marines, connues sous le nom de fjords, agissent comme des pièges naturels à sédiments. À mesure que les rivières transportent des sols, des fragments de roche et de la matière organique depuis la terre, l'eau ralentit dans ces bassins profonds, permettant au matériau de se déposer et de s'accumuler sur des milliers d'années. Ce processus n'est pas seulement une curiosité géologique ; c'est une partie critique du cycle mondial du carbone. Le carbone, le bloc de construction fondamental de la vie, est emprisonné dans ces couches de boue et de sable, étant ainsi efficacement retiré de l'atmosphère où il pourrait autrement contribuer au réchauffement de la planète. Les scientifiques savent depuis longtemps que les fjords sont efficaces pour enfouir le carbone, mais ils ont eu du mal à mesurer exactement la quantité qui y est stockée. La plupart des études précédentes reposaient sur le prélèvement d'un échantillon unique au sommet du fond marin ou d'un seul tube étroit de boue, puis sur une estimation de la manière dont ce petit fragment représentait l'ensemble du bassin. Cette approche passe souvent à côté de l'image globale, ne parvenant pas à rendre compte de la forme complexe du fond marin ou des couches profondes de sédiments qui reposent bien en dessous de la surface.

Pour résoudre cette énigme, une équipe de chercheurs a porté son attention sur deux bassins spécifiques et restreints du système de fjords du sud de la Patagonie : Bahía Caribe et Bahía Trama. Ce sont de petits compartiments d'eau profonds entourés de terres escarpées, situés dans une région dominée par des vents forts et de fortes précipitations. Les chercheurs voulaient connaître la quantité totale de carbone stockée dans toute la colonne de sédiments de ces bassins, du sommet même du fond marin jusqu'à la base des dépôts post-glaciaires. Ils savaient qu'en regardant uniquement la surface, ils obtiendraient un chiffre trompeusement faible, ils ont donc conçu un moyen de voir l'histoire complète. Ils ont combiné deux méthodes différentes : premièrement, ils ont utilisé un dispositif sonar spécialisé pour cartographier la forme du fond marin et du fond de la couche de sédiments, créant ainsi un modèle tridimensionnel de la vallée cachée. Deuxièmement, ils ont extrait de longs tubes continus de sédiments des parties les plus profondes de ces bassins pour analyser la composition chimique de la boue à différentes profondeurs. En fusionnant la forme du bassin avec les données chimiques des carottages, ils ont pu calculer le poids total du carbone caché dans le sol. Comme les couches de sédiments étaient plus profondes que les carottes dans certaines zones, ils ont utilisé une modélisation statistique pour estimer la teneur en carbone dans les sections les plus profondes et non échantillonnées, en se basant sur les modèles trouvés dans les parties les plus profondes de leurs échantillons.

Les résultats ont révélé un réservoir de carbone caché bien plus important que ce que suggéraient les mesures de surface. Dans le bassin plus large, Bahía Caribe, l'équipe a calculé que le sédiment contient environ 65 100 tonnes de carbone organique et 38 000 tonnes de carbone inorganique. Dans le bassin plus petit et moins profond, Bahía Trampa, le total est d'environ 13 400 tonnes de carbone organique et 4 600 tonnes de carbone inorganique. Lorsque les chercheurs ont comparé ces totaux sur toute la profondeur à la quantité de carbone trouvée dans seulement les dix premiers centimètres de sédiments, ils ont constaté une différence stupéfiante. Le carbone total stocké dans la colonne complète de sédiments était environ cent fois plus élevé que ce qui serait estimé en regardant seulement la couche de surface. Cette énorme divergence souligne à quel point il est dangereux de supposer que le haut de la boue représente l'ensemble de l'amas ; les couches profondes détiennent la grande majorité du carbone stocké.

Une découverte inattendue concerne la quantité significative de carbone inorganique trouvée dans ces bassins. Alors que le carbone organique provient d'êtres vivants comme les plantes et les animaux, le carbone inorganique dans ces sédiments provient des coquilles de minuscules créatures marines et d'autres fragments minéraux. Dans Bahía Caribe, ce carbone inorganique représentait 37 % du stock total de carbone, et dans Bahía Trampa, il représentait 25 %. Il s'agit d'une distinction cruciale car la façon dont le carbone inorganique est stocké est différente de celle du carbone organique. La formation de ces coquilles minérales libère en fait une petite quantité de dioxyde de carbone dans l'eau environnante, ce qui signifie que bien que ce carbone soit enfoui dans le sédiment, il ne constitue pas un retrait net de dioxyde de carbone de l'atmosphère de la même manière que la matière organique. Les chercheurs ont noté que ce carbone inorganique provenait probablement des coquilles de créatures telles que les clovats et les foraminifères microscopiques qui vivaient dans l'eau, plutôt que des roches terrestres, qui ne contiennent aucun minéral carbonaté.

L'étude a également mis en lumière la manière dont la forme du bassin et la profondeur de l'eau influencent ce qui est stocké. Le bassin plus grand et plus profond, Bahía Caribe, qui communique avec l'océan ouvert par un chenal plus profond, contenait une proportion plus élevée de carbone inorganique par rapport au bassin plus petit et moins profond. Cela suggère que l'environnement marin dans le bassin plus profond était plus favorable à la croissance d'organismes constructeurs de coquilles. En revanche, le bassin moins profond était davantage influencé par l'eau douce et le ruissellement glaciaire, entraînant un mélange de sédiments différent. Les chercheurs ont utilisé une méthode statistique pour simuler la forme des couches de sédiments mille fois afin de tenir compte de l'incertitude, garantissant ainsi la robustesse de leurs chiffres finaux. Ils ont découvert que, bien qu'ils ne puissent pas voir le fond même du sédiment dans certaines zones, les couches échantillonnées suggéraient que la densité de carbone restait constante, même à de grandes profondeurs.

Enfin, ce travail fournit une image beaucoup plus claire de la quantité de carbone cachée dans les fjords de Patagonie. Il montre que s'appuyer uniquement sur des échantillons de surface sous-estime largement la véritable capacité de stockage. La quantité totale de carbone dans ces deux bassins est comparable au carbone stocké dans les tourbières de la région, qui sont célèbres pour leur capacité à retenir le carbone. Cependant, l'étude prévient également que tout le carbone dans le sédiment n'est pas égal ; la partie inorganique, bien que substantielle, joue un rôle différent de la partie organique dans le système climatique. En cartographiant la pleine profondeur de ces bassins, les chercheurs ont fourni un compte plus précis du budget carbone de la Terre, montrant que les couches profondes et silencieuses des fjords détiennent une portion importante, et auparavant négligée, du carbone de la planète. Cette compréhension est essentielle pour prédire avec précision comment le climat de la Terre réagira aux changements futurs, alors que ces archives sous-marines continuent de croître et de changer avec les marées et la glace.