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

Diep onder het oppervlak van de oceaan, in de koude, beschutte wateren van Zuid-Patagonië, ligt een enorm, stil archief van de recente geschiedenis van de aarde. Deze onderwaterdalen, bekend als fjorden, fungeren als natuurlijke vallen voor sediment. Terwijl rivieren grond, rotsfragmenten en organisch materiaal vanaf het land meevoeren, vertraagt het water in deze diepe bassins, waardoor het materiaal kan bezinken en zich over duizenden jaren kan ophopen. Dit proces is niet slechts een geologische curiositeit; het is een cruciaal onderdeel van de wereldwijde koolstofcyclus. Koolstof, de fundamentele bouwsteen van het leven, wordt opgeslagen in deze lagen modder en zand, waardoor het effectief wordt verwijderd uit de atmosfeer waar het anders zou kunnen bijdragen aan het opwarmen van de planeet. Wetenschappers weten al lang dat fjorden efficiënt zijn in het begraven van koolstof, maar ze hebben moeite gehad om precies te meten hoeveel er daar wordt opgeslagen. De meeste eerdere studies vertrouwden op het nemen van een enkele monstername aan de bovenkant van de zeebodem of uit één smalle buis met modder, om vervolgens te gokken hoe dat kleine stukje de gehele bekken representeert. Deze aanpak mist vaak het grotere plaatje, omdat het geen rekening houdt met de complexe vormen van de zeebodem of de diepe lagen sediment die ver onder het oppervlak liggen.

Om dit puzzelstuk op te lossen, richtte een team van onderzoekers zich op twee specifieke, afgebakende bassins in het Zuid-Patagonische fjordsysteem: Bahía Caribe en Bahía Trampa. Dit zijn kleine, diepe waterzakken omgeven door steil land, gelegen in een regio die wordt gedomineerd door sterke winden en hevige regenval. De onderzoekers wilden weten hoeveel koolstof er in totaal in de gehele kolom sediment in deze bassins wordt opgeslagen, van de absolute bovenkant van de zeebodem tot de basis van de postglaciale afzettingen. Ze wisten dat kijken naar alleen het oppervlak een misleidend klein aantal zou opleveren, dus bedachten ze een manier om het hele verhaal te zien. Ze combineerden twee verschillende methoden: eerst gebruikten ze een gespecialiseerd sonardevice om de vorm van de zeebodem en de onderkant van de sedimentlaag in kaart te brengen, waardoor een driedimensionaal model van de verborgen vallei werd gecreëerd. Ten tweede haalden ze lange, continue sedimentbuizen uit de diepste delen van deze bassins om de chemische samenstelling van de modder op verschillende dieptes te analyseren. Door de vorm van het bekken te combineren met de chemische gegevens uit de kernen, konden ze het totale gewicht van de koolstof die in de grond verborgen ligt, berekenen. Omdat de sedimentlagen in sommige gebieden dieper waren dan de kernen, gebruikten ze statistische modellering om de koolstofinhoud in de diepste, niet-bemonsterde secties te schatten op basis van de patronen die gevonden werden in de diepste delen van hun monsters.

De resultaten onthulden een verborgen reservoir van koolstof dat veel groter was dan wat oppervlaktemetingen suggereerden. In het grotere bekken, Bahía Caribe, berekende het team dat het sediment ongeveer 65.100 ton organische koolstof en 38.000 ton anorganische koolstof bevat. In het kleinere, ondiepere bekken, Bahía Trampa, was het totaal ongeveer 13.400 ton organische koolstof en 4.600 ton anorganische koolstof. Wanneer de onderzoekers deze totale hoeveelheden over de volledige diepte vergeleken met de hoeveelheid koolstof die in slechts de bovenste tien centimeter van het sediment werd gevonden, zagen ze een verbluffend verschil. De totale koolstof die in de volledige sedimentkolom is opgeslagen, was ongeveer honderd keer groter dan wat zou worden geschat door alleen naar de bovenste laag te kijken. Deze enorme discrepantie benadrukt hoe gevaarlijk het is om aan te nemen dat de bovenkant van de modder de hele stapel representeert; de diepe lagen bevatten het overgrote deel van de opgeslagen koolstof.

Een onverwachte ontdekking was de aanzienlijke hoeveelheid anorganische koolstof in deze bassins. Terwijl organische koolstof afkomstig is van levende wezens zoals planten en dieren, komt anorganische koolstof in deze sedimenten van de schelpen van minuscule mariene wezens en andere minerale fragmenten. In Bahía Caribe maakte deze anorganische koolstof 37 procent van de totale koolstofvoorraad uit, en in Bahía Trampa bedroeg dit 25 procent. Dit is een cruciaal onderscheid, omdat de manier waarop anorganische koolstof wordt opgeslagen verschilt van organische koolstof. De vorming van deze minerale schelpen geeft feitelijk een kleine hoeveelheid kooldioxide af aan het omringende water, wat betekent dat hoewel deze koolstof in het sediment begraven ligt, het niet op dezelfde manier als organisch materiaal fungeert als een netto verwijdering van kooldioxide uit de atmosfeer. De onderzoekers merkten op dat deze anorganische koolstof waarschijnlijk afkomstig was van de schelpen van wezens zoals clams en microscopische foraminiferen die in het water leefden, in plaats van van de rotsen op het land, die geen carbonaatmineralen bevatten.

De studie wierp ook licht op hoe de vorm van het bekken en de diepte van het water beïnvloeden wat er wordt opgeslagen. Het grotere, diepere bekken, Bahía Caribe, dat via een diepere geul met de open oceaan in verbinding staat, bevatte een hoger aandeel anorganische koolstof vergeleken met het kleinere, ondiepere bekken. Dit suggereert dat het mariene milieu in het diepere bekken gunstiger was voor de groei van schelpvormende organismen. In contrast hiermee werd het ondiepere bekken meer beïnvloed door zoet water en glaciale afvoer, wat resulteerde in een andere mix van sediment. De onderzoekers gebruikten een statistische methode om de vorm van de sedimentlagen duizend keer te simuleren om onzekerheid te verantwoorden, wat ervoor zorgde dat hun definitieve cijfers robuust waren. Ze ontdekten dat, hoewel ze de absolute bodem van het sediment in sommige gebieden niet konden zien, de lagen die ze wel bemonsterden suggereerden dat de koolstofdichtheid stabiel bleef, zelfs op grote diepte.

Uiteindelijk biedt dit werk een veel duidelijker beeld van hoeveel koolstof er verborgen ligt in de fjorden van Patagonië. Het laat zien dat het vertrouwen op alleen oppervlaktesamples de werkelijke opslagcapaciteit van deze onderwaterdalen enorm onderschat. De totale hoeveelheid koolstof in deze twee bassins is vergelijkbaar met de koolstof die in de veengebieden van de regio wordt opgeslagen, die beroemd zijn om hun vermogen om koolstof vast te houden. De studie waarschuwt echter ook dat niet alle koolstof in het sediment gelijk is; het anorganische deel, hoewel substantieel, speelt een andere rol in het klimaatsysteem dan het organische deel. Door de volledige diepte van deze bassins in kaart te brengen, hebben de onderzoekers een nauwkeuriger rekenschap gegeven van de aardse koolstofbegroting, waarbij zij aantonen dat de diepe, stille lagen van de fjorden een aanzienlijk, en voorheen over het hoofd gezien deel van de koolstof van de planeet vasthouden. Dit begrip is essentieel voor het accuraat voorspellen hoe het klimaat van de aarde in de toekomst zal reageren, terwijl deze onderwaterarchieven blijven groeien en verschuiven met de getijden en het ijs.