Composição da matéria orgânica e produção de gases de efeito estufa do derretimento do permafrost submarino no Mar de Laptev

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 5057 (2022) Cite este artigo

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O permafrost submarino representa um grande reservatório de carbono que pode ser ou se tornar uma fonte significativa de gases de efeito estufa. A escassez de dados observacionais causa grandes incertezas. Aqui, usamos cinco núcleos submarinos de permafrost de 21 a 56 m de comprimento do Mar de Laptev para restringir o armazenamento e as fontes de carbono orgânico (OC), o estado de degradação e a produção potencial de gases de efeito estufa após o degelo. Tamanhos de grãos, luminescência opticamente estimulada e biomarcadores sugerem a deposição de lodo eólico e areia fluvial ao longo de 160.000 anos, com deposição fluvial/aluvial dominante de matéria orgânica derivada de florestas e tundras. Estimamos uma taxa de degelo anual de 1,3 ± 0,6 kg OC m-2 no permafrost submarino na área, nove vezes superior às taxas de degelo de carbono orgânico para o permafrost terrestre. Durante as incubações de 20 meses, a produção média de CH4 e CO2 foi de 1,7 nmol e 2,4 µmol g−1 OC d−1, fornecendo uma linha de base para avaliar a contribuição do permafrost submarino para os altos fluxos de CH4 e forte acidificação oceânica observados na região.

O permafrost submarino representa um reservatório de carbono orgânico grande e potencialmente vulnerável, mas também um dos compartimentos menos restritos do sistema criosfera-carbono-clima. O permafrost submarino pode estender-se até 2,5 × 106 km2 através dos mares da plataforma do Oceano Ártico1. A maior parte (1,4 × 106 km2) encontra-se sob a Plataforma Ártica da Sibéria Oriental (ESAS), a maior e mais rasa plataforma marítima continental do mundo, que compreende os mares de Laptev, Sibéria Oriental e Chukchi russo (Fig. 1). O permafrost submarino de hoje se formou durante o Pleistoceno, quando os níveis do mar eram mais baixos e o ESAS fazia parte da Beringia, uma massa de terra contínua que se estendia do leste da Sibéria sobre o Alasca até o oeste do Canadá. A Beríngia foi em grande parte não glaciada durante o Último Máximo Glacial e acumulou depósitos espessos de permafrost durante o final do Pleistoceno. Estes incluem depósitos do Complexo de Gelo (ICD; também conhecido como Yedoma) que apresentam alto teor de gelo e carbono orgânico em comparação com outros tipos de permafrost mineral, mas também depósitos fluviais/aluviais e depósitos termocársticos formados durante os períodos mais quentes2. Parte desse permafrost ainda é preservado em terra; outra parte foi corroída pela rápida elevação do nível do mar após o Último Máximo Glacial ou inundada como permafrost submarino3,4,5. Não está claro qual fração do permafrost original ainda está preservado sob o ESAS. A estratigrafia dos depósitos de permafrost ao longo das linhas costeiras atuais, no entanto, sugere que o ICD no ESAS de hoje foi amplamente destruído pela erosão e que o permafrost submarino representa depósitos mais profundos e antigos3,6. Extensa erosão costeira ainda está em curso ao longo da ESAS a taxas de até 5 m por ano7, levando à inundação, transferência e potencialmente mineralização de quantidades substanciais de carbono antigo. Este processo provavelmente está se acelerando com o aquecimento recente8.

a São mostrados permafrost submarino1 e terrestre69, incluindo depósitos do complexo de gelo70. Mapas detalhados mostram a Baía de Buor-Khaya, com locais de perfuração submarina permafrost descritos neste (4D-13, 2D-13, 4D-12, 1D-14, 5D-13) e um estudo anterior (BK-2)28, e ainda mais detalhada, c Muostakh Island, com locais de perfuração submarinos permafrost de núcleos 4D-13, 2D-13 e 4D-12.

Os depósitos de permafrost armazenam grandes quantidades de matéria orgânica que é protegida da decomposição microbiana enquanto congelada9. Quando descongelada, essa matéria orgânica pode ser convertida em gases de efeito estufa, como CO2 e CH410,11 e acelerar ainda mais o aquecimento global: o feedback permafrost-carbono-clima. O permafrost terrestre tem sido extensivamente estudado nas últimas décadas, resultando em grandes avanços em nossa compreensão dos estoques9, qualidade12,13,14 e mineralização de carbono orgânico em CO2 e CH411. O permafrost submarino é mais difícil de acessar, os dados observacionais são escassos e até mesmo muitas propriedades básicas são completamente desconhecidas ou pouco restritas. Isso inclui a quantidade e a qualidade do estoque de carbono orgânico do permafrost submarino, sua vulnerabilidade à mineralização após o degelo e o potencial resultante para emissões de gases de efeito estufa para a atmosfera15,16.