Post-glacial carbon stocks in two restricted Patagonian fjord basins (52°S) using acoustic profiles and sediment cores
本研究结合声学剖面与沉积物柱状芯地球化学分析，估算了两个受限巴塔哥尼亚峡湾盆地全柱后冰期碳储量，结果显示其总盆地储量比表层估算值高出约两个数量级，且包含大量的无机碳组分。
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在南巴塔哥尼亚寒冷且受保护的海域，在海洋深处，静静地躺着一个记录地球近期历史的巨大、沉默的档案库。这些被称为峡湾的深海谷地，是天然的沉积物陷阱。随着河流将土壤、岩石碎片和有机物从陆地带入水中，水流在这些深邃的盆地中减速，使得物质得以沉降并堆积数千年之久。这一过程不仅是一个地质学上的奇观，更是全球碳循环的关键组成部分。碳，作为生命的根本基石，被锁在这些泥沙层中，有效地从大气中移除，从而避免了其对全球变暖的贡献。科学家们早已知晓峡湾在埋藏碳方面效率极高，但一直难以精确测量其中究竟储存了多少碳。以往的大多数研究都依赖于从海床表面或极窄的一段泥管中提取单一样本，然后推测这小部分样本如何代表整个盆地。这种方法往往忽略了大局，未能考虑到海床复杂的形状或远在表层之下深处的沉积层。
为了破解这个谜题，研究团队将注意力转向了南巴塔哥尼亚峡湾系统中两个特定的、受限的盆地：卡里贝湾（Bahía Caribe）和特兰帕湾（Bahía Trampa）。这些是位于强风和强降雨地区、被陡峭陆地环绕的小型深水洼地。研究人员想要了解这些盆地整个沉积柱中的总碳储量，即从海床的最顶端一直到后冰期沉积物的底部。他们知道，仅观察表面会得到一个具有误导性的偏小数值，因此他们设计了一种能够展现全貌的方法。他们结合了两种不同的方法：首先，他们使用一种专门的声呐设备来绘制海床及沉积层底部的形状，从而创建一个隐藏谷地的三维模型。其次，他们从这些盆地的最深处提取了长而连续的沉积物管，以分析不同深度下泥土的化学成分。通过将盆地的形状与来自岩芯的化学数据相结合，他们可以计算出隐藏在地面下的碳的总重量。由于在某些区域沉积层比岩芯更深，他们利用统计建模，根据采样中最深部分的模式，估算了最深处未采样部分的碳含量。
结果揭示了一个隐藏的碳库，其规模远大于表面测量所显示的水平。在较大的盆地卡里贝湾，团队计算出沉积物含有约65,100吨有机碳和38,000吨无机碳。在较小的、较浅的特兰帕湾，总量约为13,400吨有机碳和4,600吨无机碳。当研究人员将这些全深度的总量与仅在沉积物前十厘米内发现的碳量进行比较时，发现了一个惊人的差异。沉积物全柱体中储存的总碳量大约是仅通过观察表层所估算值的一百倍。这种巨大的差异凸显了假设表层泥土就能代表整个堆积层的危险性；深层包含了绝大部分储存的碳。
一个意外的发现是这些盆地中存在大量的无机碳。虽然有机碳来自植物和动物等生物，但这些沉积物中的无机碳则来自微小海洋生物的壳以及其他矿物碎片。在卡里贝湾，无机碳占总碳储量的37%，而在特兰帕湾，它占25%。这是一个至关重要的区别，因为无机碳的储存方式与有机碳不同。这些矿物壳的形成实际上会向周围水域释放少量二氧化碳，这意味着虽然这些碳被埋藏在沉积物中，但它们并不像有机物那样能起到净移除大气中二氧化碳的作用。研究人员指出，这些无机碳很可能来自于像蛤类和微型有孔虫这类生活在水中的生物，而非来自陆地上的岩石，因为后者并不含碳酸盐矿物。
这项研究还阐明了盆地的形状和水深如何影响存储物。较大的、较深的盆地卡里贝湾通过一条较深的通道与开阔海洋相连，其无机碳比例高于较小且较浅的盆地。这表明，在较深的盆地中，海洋环境更有利于造壳生物的生长。相比之下，较浅的盆地受淡水和冰川径流的影响更大，导致了不同的沉积物构成。研究人员使用了一种统计方法，模拟了一千次沉积层形状的变化，以解释不确定性，从而确保最终数据的稳健性。他们发现，尽管在某些区域无法看到沉积物的最底部，但他们采样的层位表明，即使在极深处，碳密度也保持稳定。
最终，这项工作为巴塔哥尼亚峡湾隐藏了多少碳提供了更清晰的图景。它表明，仅依赖表面样本会大大低估这些水下谷地的真实储量能力。这两个盆地的总碳量与该地区的泥炭地相当，而泥炭地以其卓越的持碳能力而闻名。然而，研究也警告说，并非所有的沉积物碳都是同质的；无机部分虽然数量可观，但在气候系统中扮演的角色与有机部分不同。通过绘制这些盆地的全深度图谱，研究人员为地球碳预算提供了更准确的核算，表明这些深邃、沉默的峡湾层正持有地球很大一部分且此前被忽视的碳。这种理解对于准确预测地球气候如何应对未来的变化至关重要，因为这些水下档案库正随着潮汐和冰川的移动而不断增长和演变。
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