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

Resumo Técnico: Fontes, Acúmulo e Estimativas de Estoque de Carbono Orgânico em Sedimentos de um Lago Temperado ao Longo dos Últimos 10.000 Anos na Irlanda

Problema de Pesquisa
Embora os sedimentos lacustres sejam reconhecidos como sumidouros significativos de longo prazo para o carbono orgânico (CO), estimativas robustas e baseadas em dados desses estoques em escala milenar permanecem limitadas, particularmente para lagos temperados. A literatura existente foca frequentemente em sistemas boreais ou acúmulo de curto prazo (escalas decadais), deixando lacunas na compreensão dos direcionadores da sequestração de CO, atribuição de fontes e quantificação do estoque total em bacias de clima temperado dominadas por turfeiras. Além disso, estimar os estoques totais de CO lacustre é complicado pelo foco de sedimentos (o acúmulo preferencial de sedimentos em áreas mais profundas da bacia) e pela dificuldade de medir com precisão o volume total de sedimento sem levantamentos hidroacústicos extensivos. Este estudo aborda essas lacunas investigando a quantidade, as fontes e as taxas de acúmulo de CO em sedimentos no Lough Feeagh, um lago temperado no oeste da Irlanda, ao longo dos últimos 10.000 anos.

Metodologia
O estudo empregou uma abordagem multi-proxy combinando testemunhagem de sedimentos, datação por radiocarbono, análise geoquímica e levantamento hidroacústico:

1. Testemunhagem de Sedimentos e Cronologia: Dois núcleos foram extraídos do Lough Feeagh. Um núcleo de pistão longo (LF17, 813 cm) forneceu um registro de 10.000 anos, enquanto um núcleo de gravidade superficial curto (LF21, 43 cm) capturou a sedimentação recente. A cronologia para o LF17 foi estabelecida usando 12 datas de radiocarbono por Espectrometria de Massa com Aceleradores (AMS) em macrofósseis, modeladas usando o pacote R rbacon (Bayesian). O LF21 foi datado usando $^{210}$Pb, $^{137}$Cs e $^{241}$Am para estabelecer uma cronologia recente e calcular um fator de correção de foco de sedimentos.
2. Análise Geoquímica: As amostras de sedimentos foram analisadas para Densidade de Massa Seca (DBD), Perda por Ignição (LOI) e conteúdo de carbono orgânico (CO). Isótopos estáveis ($\delta^{13}$C e $\delta^{15}$N) e a razão C:N foram medidos para distinguir entre fontes de CO autóctones (do próprio lago) e alóctones (terrestres).
3. Taxas de Acúmulo: As Taxas de Acúmulo de Massa (MAR) e as Taxas de Acúmulo de Carbono Orgânico (OCAR) foram calculadas. Os valores de OCAR foram corrigidos pelo foco de sedimentos usando a razão do fluxo de $^{210}$Pb de sedimentos em relação ao fluxo atmosférico regional, derivado dos dados do LF21.
4. Levantamento Hidroacústico e Estimativa de Volume: Um perfilador de sub-fundo (SES-2000) foi usado para mapear a espessura do sedimento em todo o lago. Devido a lacunas de dados em áreas rasas ou ricas em gás, uma relação estatística entre a profundidade da água e a espessura do sedimento foi estabelecida usando os dados acústicos disponíveis. Essa relação foi aplicada aos dados batimétricos para estimar o volume total de sedimento para toda a bacia.
5. Cálculo de Estoque: O estoque total de CO foi estimado multiplicando o volume de sedimento calculado pelos valores medianos de densidade de CO derivados de LF17, LF21 e quatro núcleos históricos. A incerteza foi quantificada usando intervalos de 5º e 95º percentis.

Resultos Principais

• Estratigrafia de Sedimentos e Cronologia: O núcleo transitou de argila glacial (17% da base) para sedimentos ricos em matéria orgânica por volta de 10.000 cal. AP (Anos Antes do Presente). A seção orgânica apresentou sedimentos homogêneos e não laminados, sugerindo que a anoxia prolongada era improvável.
• Taxas de Acúmulo: Um aumento significativo tanto na MAR quanto na OCAR ocorreu por volta de 3.700 cal. AP, seguido por um aumento constante nos últimos 2.000 anos. A média do Holoceno da OCAR corrigida foi de 7,19 g C m$^{-2}$ ano$^{-1}$ (DP $\pm$ 2,92), com um máximo de 14,69 g C m$^{-2}$ ano$^{-1}$. A análise estatística indicou que a OCAR foi fortemente impulsionada pela MAR ($r^2$ = 0,90) em vez do conteúdo de CO do sedimento.
• Fontes de CO: Indicadores geoquímicos (razões C:N elevadas com média de 23,8, valores de $\delta^{13}$C com média de -27,9‰ e valores de $\delta^{15}$N) apontaram consistentemente para uma fonte terrestre dominante de CO, provavelmente derivada das turfeiras circundantes. Essa assinatura de fonte permaneceu relativamente constante ao longo do período de 10.000 anos.
• Estoque Total de CO: O levantamento hidroacústico estimou um volume total de sedimento de 9,9 $\times$ 10$^6$ m$^3$. Aplicando os valores medianos de densidade de CO, o estudo estimou um estoque total mediano de CO de 205 kT CO (intervalo de 5º–95º percentil: 115–246 kT CO). O estoque de CO ponderado pela área foi estimado em 52 kg CO m$^{-2}$.

Significância e Alegações
Os autores apresentam a primeira estimativa em escala milenar de estoques de sedimentos de carbono, taxas de acúmulo e fontes para um lago na Irlanda. O estudo destaca que os lagos temperados em bacias dominadas por turfeiras, como o Lough Feeagh, representam um componente substancial e atualmente subquantificado do estoque nacional de carbono.

O artigo afirma que seus achados fornecem dados críticos para refinar os orçamentos de carbono locais e nacionais. Ao demonstrar que o acúmulo de CO é impulsionado principalmente pelo influxo de sedimentos (MAR) em vez de mudanças na concentração de CO, e que a fonte é predominantemente terrestre, o estudo oferece uma compreensão mecanística do soterramento de carbono nesses sistemas. Os autores afirmam que os sedimentos lacustres devem ser explicitamente considerados em futuras avaliações e estratégias de gestão de armazenamento de carbono, especialmente dado o overlap entre os lagos irlandeses e as extensas distribuições de turfeiras. O estudo também valida uma metodologia que combina a estimativa de volume hidroacústico com dados de densidade derivados de núcleos como uma abordagem viável para quantificar os estoques de carbono lacustre onde a medição direta do volume é desafiadora.

Limitações Reconhecidas
Os autores observam que o fator de correção de foco de sedimentos foi aplicado uniformemente ao longo do Holoceno, assumindo invariância temporal, apesar da evidência de padrões de deposição variáveis. Adicionalmente, a estimativa do volume de sedimento em áreas sem dados acústicos baseou-se em uma relação entre profundidade e espessura, e a densidade de CO foi assumida como consistente em toda a bacia com base nos dados de núcleos disponíveis. A presença de bolsas de gás na bacia norte, que impediu a coleta de dados acústicos, introduz incerteza, embora os autores argumentem que a relação estabelecida é o melhor proxy disponível para este lago específico.