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

技術要約：アイルランドの温帯湖における過去10,000年間の堆積物有機炭素の起源、蓄積、およびストック推定

問題提起
湖底堆積物は長期的な有機炭素（OC）の重要な吸収源として認識されているが、特に温帯の湖における、千年規模でのデータに基づいた堅牢なストック推定は依然として限られている。既存の文献は、主にボレアル（亜寒帯）系や短期的（数十年規模）な蓄積に焦点を当てており、温帯の泥炭主体の流域におけるOCの隔離の駆動要因、起源の特定、および総ストックの定量化に関する理解には空白が残されている。さらに、湖全体の総OCストックの推定は、堆積物の集中的な沈降（セディメント・フォーカシング：深い盆地領域への優先的な堆積）や、広範な水深音響調査なしでは正確な総堆積物容積を測定することの困難さによって複雑化している。本研究は、アイルランド西部にある温帯湖、ラフ・フィー（Lough Feeagh）における、過去10,000年間の堆積物OCの量、起源、および蓄積率を調査することで、これらの空白を埋めるものである。

方法論
本研究では、堆積物コアリング、放射性炭素年代測定、地球化学的分析、および水深音響調査を組み合わせたマルチプロキシ・アプローチを採用した：

1. 堆積物コアリングと年代測定： ラフ・フィーから2本のコアを抽出した。長いピストンコア（LF17、813 cm）は10,000年間の記録を提供し、短い表面グラビティコア（LF21、43 cm）は近年の堆積を捉えた。LF17の年代測定は、12個の加速器質量分析（AMS）によるマクロ化石の放射性炭素年代に基づき、ベイズ統計を用いたRパッケージrbaconを用いてモデル化した。LF21は$^{210}$Pb、$^{137}$Cs、および$^{241}$Amを用いて年代測定を行い、近年の年代軸を確立するとともに、堆積物フォーカシング補正係数を算出するために使用した。
2. 地球化学的分析： 堆積物試料について、乾物密度（DBD）、強熱減量（LOI）、および有機炭素（OC）含有量を分析した。また、自生的（湖内）および外来性（陸域）のOC起源を区別するために、安定同位体（$\delta^{13}$Cおよび$\delta^{15}$N）とC:N比を測定した。
3. 蓄積率： 質量蓄積率（MAR）および有機炭素蓄積率（OCAR）を算出した。OCARの値は、LF21のデータから導出された、地域的な大気降下量に対する堆積物$^{210}$Pbフラックスの比率を用いて、堆積物フォーカシングの補正を行った。
4. 水深音響調査と容積推定： サブボトム・プロファイラー（SES-2000）を使用して、湖全体の堆積物厚をマッピングした。データの欠落がある浅瀬やガスを含む領域があるため、利用可能な音響データ点を用いて、水深と堆積物厚の間の統計的な関係を確立した。この関係を水深データに適用し、全盆地の総堆積物容積を推定した。
5. ストック計算： 総OCストックは、算出された堆積物容積に、LF17、LF21、および4つの歴史的なコアから得られた中央値のOC密度を乗じることで推定した。不確実性は、5パーセンタイルおよび95パーセンタイルの範囲を用いて定量化した。

主な結果

• 堆積層序と年代学： コアは氷河性粘土（下部17%）から、約10,000 cal. YBP（現在から1万年前）に有機物に富む堆積物へと移行した。有機物層は均質で非層状の堆積物を示しており、長期的な無酸素状態の可能性は低いことを示唆している。
• 蓄積率： 約3,700 cal. YBPに、MARとOCARの両方に顕著な増加が見られ、その後2,000年間にわたって着実に増加した。補正後のホロセーン平均OCARは7.19 g C m$^{-2}$ yr$^{-1}$ (SD $\pm$ 2.92) であり、最大値は14.69 g C m$^{-2}$ yr$^{-1}$ であった。統計解析の結果、OCARは堆積物中のOC濃度よりも、MAR（$r^2$ = 0.90）によって最も強く駆動されていることが示された。
• OCの起源： 地球化学的指標（平均23.8の高いC:N比、平均-27.9‰の$\delta^{13}$C値、および$\delta^{15}$N値）は、一貫して、周囲の泥炭地土壌に由来すると思われる、陸域起源のOCが支配的であることを示した。この起源のシグネチャーは、10,000年間にわたり比較的一定であった。
• 総OCストック： 水深音響調査により、総堆積物容積は9.9 $\times$ 10$^6$ m$^3$ と推定された。中央値のOC密度を適用した結果、総中央値OCストックは 205 kT OC（5th–95thパーセンタイル範囲：115–246 kT OC）と推定された。面積重み付けされたOCストックは 52 kg OC m$^{-2}$ と推定された。

意義と主張
著者らは、アイルランドの湖における、千年規模の炭素堆積物ストック、蓄積率、および起源に関する初の推定値を提示している。本研究は、ラフ・フィーのような泥炭主体の流域を持つ温帯湖が、国家的な炭素ストックの、実質的かつ現在未定量化されている構成要素であることを強調している。

論文は、その知見が局所的および国家的な炭素予算を精緻化するための重要なデータを提供すると主張している。OCの蓄積が、OC濃度の変化ではなく、主に堆積物の流入（MAR）によって駆動されていること、およびその起源が主に陸域であることを示すことで、本研究はこれらのシステムにおける炭素埋没に関するメカニズム的な理解を提供する。著者らは、アイルランドの湖と広大な泥炭地の分布が重複していることを踏まえ、湖底堆積物が将来の炭素貯蔵評価や管理戦略において明示的に考慮されるべきであると主張している。また、本研究は、直接的な容積測定が困難な場合に、水深音響的な容積推定とコア由来の密度データを組み合わせる手法が、湖の炭素ストックを定量化するための有効なアプローチであることを検証している。

認められた限界事項
著者らは、堆積パターンが変化している証拠があるにもかかわらず、堆積物フォーカシング補正係数をホロセーン全体にわたって時間的不変として一様に適用したことを指摘している。加えて、音響データのない領域における堆積物容積の推定は、水深と厚さの関係に依存しており、OC密度も利用可能なコアデータに基づいて全盆地で一定であると仮定されている。北部の盆地にガスポケットが存在したため音響データの収集ができなかったことは不確実性を導入するが、著者らは、確立された関係性がこの特定の湖における最善のプロキシであると主張している。