Composizione della sostanza organica e produzione di gas serra derivanti dallo scongelamento del permafrost sottomarino nel mare di Laptev

Nature Communications volume 13, numero articolo: 5057 (2022) Citare questo articolo

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Il permafrost sottomarino rappresenta un grande bacino di carbonio che potrebbe essere o diventare una significativa fonte di gas serra. La scarsità di dati osservativi causa grandi incertezze. Qui utilizziamo cinque nuclei di permafrost sottomarino lunghi 21-56 m provenienti dal Mare di Laptev per limitare lo stoccaggio e le fonti di carbonio organico (OC), lo stato di degrado e la potenziale produzione di gas serra durante il disgelo. Le dimensioni dei grani, la luminescenza stimolata otticamente e i biomarcatori suggeriscono la deposizione di limo eolico e sabbia fluviale nell'arco di 160.000 anni, con una deposizione prevalentemente fluviale/alluvionale di materia organica derivata dalla foresta e dalla tundra. Stimiamo un tasso di scongelamento annuo di 1,3 ± 0,6 kg OC m−2 nel permafrost sottomarino dell’area, nove volte superiore al tasso di scongelamento del carbonio organico per il permafrost terrestre. Durante le incubazioni di 20 mesi, la produzione di CH4 e CO2 è stata in media di 1,7 nmol e 2,4 µmol g−1 OC d−1, fornendo una base per valutare il contributo del permafrost sottomarino agli elevati flussi di CH4 e alla forte acidificazione degli oceani osservati nella regione.

Il permafrost sottomarino rappresenta un bacino di carbonio organico ampio e potenzialmente vulnerabile, ma anche uno dei compartimenti meno vincolati del sistema criosfera-carbonio-clima. Il permafrost sottomarino potrebbe estendersi fino a 2,5 × 106 km2 attraverso i mari della piattaforma dell’Oceano Artico1. La maggior parte (1,4 × 106 km2) si trova sotto la piattaforma artica della Siberia orientale (ESAS), la piattaforma marittima continentale più grande e meno profonda del mondo che comprende i mari di Laptev, della Siberia orientale e dei Chukchi russi (Fig. 1). L'odierno permafrost sottomarino si è formato durante il Pleistocene, quando il livello del mare era più basso e l'ESAS faceva parte della Beringia, una massa terrestre continua che si estendeva dalla Siberia orientale sopra l'Alaska fino al Canada occidentale. La Beringia era in gran parte non ghiacciata durante l'ultimo massimo glaciale e accumulava spessi depositi di permafrost durante il tardo Pleistocene. Questi includono depositi Ice Complex (ICD; noti anche come Yedoma) che mostrano un elevato contenuto di ghiaccio e carbonio organico rispetto ad altri tipi di permafrost minerale, ma anche depositi fluviali/alluvionali e depositi termocarsici formati durante i periodi più caldi2. Parte di questo permafrost è ancora preservato sulla terraferma; un'altra parte è stata erosa dal rapido innalzamento del livello del mare dopo l'ultimo massimo glaciale o inondata come permafrost sottomarino3,4,5. Non è chiaro quale frazione del permafrost originale sia ancora conservata sotto l’ESAS. La stratigrafia dei depositi di permafrost lungo le attuali coste suggerisce tuttavia che gli ICD sugli odierni ESAS siano stati in gran parte distrutti dall'erosione e che il permafrost sottomarino rappresenti depositi più profondi e più antichi3,6. Lungo l’ESAS è ancora in corso un’estesa erosione costiera a ritmi fino a 5 m all’anno7, che porta all’inondazione, al trasferimento e potenzialmente alla mineralizzazione di notevoli quantità di vecchio carbonio. Questo processo sta probabilmente accelerando con il recente riscaldamento8.

a Sono mostrati il ​​permafrost sottomarino1 e terrestre69, compresi i depositi del Complesso di Ghiaccio70. Mappe dettagliate mostrano la baia di Buor-Khaya, con i siti di perforazione del permafrost sottomarino descritti in questo (4D-13, 2D-13, 4D-12, 1D-14, 5D-13) e in uno studio precedente (BK-2)28, e ancora più dettagliatamente, l'isola di Muostakh, con siti di perforazione del permafrost sottomarino delle carote 4D-13, 2D-13 e 4D-12.

I depositi di permafrost immagazzinano grandi quantità di materia organica che è protetta dalla decomposizione microbica durante il congelamento9. Una volta scongelata, questa materia organica può essere convertita in gas serra come CO2 e CH410,11 e accelerare ulteriormente il riscaldamento globale: il feedback permafrost-carbonio-clima. Il permafrost terrestre è stato ampiamente studiato negli ultimi decenni, con conseguenti grandi progressi nella nostra comprensione delle riserve9, della qualità12,13,14 e della mineralizzazione del carbonio organico in CO2 e CH411. Il permafrost sottomarino è più difficile da accedere, i dati osservativi sono scarsi e anche molte proprietà fondamentali sono completamente sconosciute o scarsamente limitate. Questi includono la quantità e la qualità dello stock di carbonio organico del permafrost sottomarino, la sua vulnerabilità alla mineralizzazione durante il disgelo e il conseguente potenziale di emissioni di gas serra nell’atmosfera15,16.