Состав органического вещества и продукция парниковых газов талой подводной вечной мерзлоты моря Лаптевых

Nature Communications, том 13, номер статьи: 5057 (2022) Цитировать эту статью

3760 Доступов

3 цитаты

32 Альтметрика

Подробности о метриках

Подводная вечная мерзлота представляет собой большой резервуар углерода, который может стать или стать значительным источником парниковых газов. Недостаток данных наблюдений вызывает большие неопределенности. Здесь мы используем пять подводных кернов вечной мерзлоты длиной 21–56 м из моря Лаптевых для ограничения хранения и источников органического углерода (ОС), состояния деградации и потенциального образования парниковых газов при оттаивании. Размеры зерен, оптически стимулированная люминесценция и биомаркеры позволяют предположить отложение эолового ила и речного песка в течение 160 000 лет с преобладанием речных/аллювиальных отложений органических веществ лесного и тундрового происхождения. По нашим оценкам, годовая скорость таяния OC м-2 в подводной вечной мерзлоте этого района составляет 1,3 ± 0,6 кг OC м-2, что в девять раз превышает скорость таяния органического углерода для наземной вечной мерзлоты. В течение 20-месячных инкубаций производство CH4 и CO2 в среднем составляло 1,7 нмоль и 2,4 мкмоль г-1 OC d-1, что дает базовый уровень для оценки вклада подводной вечной мерзлоты в высокие потоки CH4 и сильное подкисление океана, наблюдаемое в регионе.

Подводная вечная мерзлота представляет собой большой и потенциально уязвимый резервуар органического углерода, но при этом является одним из наименее ограниченных участков системы криосфера-углерод-климат. Подводная вечная мерзлота может простираться на шельфовые моря Северного Ледовитого океана площадью до 2,5 × 106 км21. Большая часть (1,4 × 106 км2) расположена под Восточно-Сибирским арктическим шельфом (ВАСШ), самым крупным и самым мелководным континентальным шельфовым морем в мире, включающим моря Лаптевых, Восточно-Сибирское и Русское Чукотское моря (рис. 1). Сегодняшняя подводная вечная мерзлота образовалась в плейстоцене, когда уровень моря был ниже, а ESAS был частью Берингии, непрерывного массива суши, простирающегося от восточной Сибири через Аляску до западной Канады. Во время последнего ледникового максимума Берингия в основном не была покрыта льдом, а в позднем плейстоцене накопила мощные отложения вечной мерзлоты. К ним относятся отложения Ледового комплекса (ИКД; также известные как Едома), которые демонстрируют высокое содержание льда и органического углерода по сравнению с другими типами минеральной вечной мерзлоты, а также речные/аллювиальные отложения и термокарстовые отложения, образовавшиеся в более теплые периоды2. Часть этой вечной мерзлоты еще сохранилась на суше; другая часть была размыта в результате быстрого повышения уровня моря после последнего ледникового максимума или затоплена в виде подводной вечной мерзлоты3,4,5. Неясно, какая часть первоначальной вечной мерзлоты все еще сохранилась под ESAS. Однако стратиграфия отложений вечной мерзлоты вдоль нынешних береговых линий позволяет предположить, что ICD на сегодняшнем ESAS были в значительной степени разрушены эрозией и что подводная вечная мерзлота представляет собой более глубокие и древние отложения3,6. Вдоль ESAS все еще продолжается обширная береговая эрозия со скоростью до 5 м в год7, что приводит к затоплению, переносу и потенциальной минерализации значительных количеств старого углерода. Этот процесс, вероятно, ускоряется в связи с недавним потеплением8.

a Показаны подводная1 и наземная69 вечная мерзлота, включая отложения Ледового комплекса70. На детальных картах показан залив Буор-Хая с местами бурения в вечной мерзлоте, описанными в этом (4Д-13, 2Д-13, 4Д-12, 1Д-14, 5Д-13) и предыдущем исследовании (БК-2)28, и еще более подробно, c остров Муостах, с подводными площадками для бурения вечной мерзлоты кернов 4Д-13, 2Д-13 и 4Д-12.

Отложения вечной мерзлоты хранят большое количество органического вещества, которое в замороженном состоянии защищено от микробного разложения9. При оттаивании это органическое вещество может превратиться в парниковые газы, такие как CO2 и CH410,11 и еще больше ускорить глобальное потепление: обратная связь вечной мерзлоты, углерода и климата. Наземная вечная мерзлота интенсивно изучалась на протяжении последних десятилетий, что привело к значительному прогрессу в нашем понимании запасов9, качества12,13,14 и минерализации органического углерода до CO2 и CH411. Доступ к подводной вечной мерзлоте затруднен, данных наблюдений недостаточно, и даже многие основные свойства совершенно неизвестны или плохо изучены. К ним относятся количество и качество запасов органического углерода в подводной вечной мерзлоте, его уязвимость к минерализации при таянии и, как следствие, потенциал выбросов парниковых газов в атмосферу15,16.