Variabilidad del almacenamiento de carbono azul en un ambiente árido evaporítico de dos Sabkhas o marismas costeras | Instrumento Co., Ltd del suelo de Hangzhou

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 12723 (2023) Citar este artículo

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Los sabkhas costeros son marismas que se encuentran en regiones costeras áridas que se encuentran dentro de la zona supramareal cuando las altas tasas de evaporación conducen a una alta salinidad. Si bien los minerales evaporíticos a menudo se acumulan debajo de la superficie, las esteras microbianas están presentes en la superficie de Sabkhas. La costa de Sabkha, un ecosistema poco estudiado en Qatar, tiene el potencial de almacenar carbono azul. En el presente estudio, investigamos la capacidad de almacenamiento de carbono de dos Sabkhas de orígenes geológicos contrastantes. Se examinaron las variabilidades espaciales y temporales de las reservas de carbono. Los resultados mostraron que ambos Sabkhas estudiados exhiben un potencial considerable para el almacenamiento de carbono en el suelo con reservas de carbono de 109,11 ± 7,07 Mg C ha-1 y 67,77 ± 18,10 Mg C ha-1 en Dohat Faishakh y Khor al Adaid Sabkha respectivamente. Estos valores se encuentran dentro del rango informado para las reservas de carbono en las Sabkhas costeras de la región (51–194 Mg C ha-1). Curiosamente, las reservas de carbono en los sedimentos de los Sabkhas eran mayores que las de los sedimentos de los manglares de Qatar (50,17 ± 6,27 Mg C ha-1). Estos hallazgos sugieren que los Sabkhas costeros pueden servir como ecosistemas de carbono azul en ambientes áridos.

El término “carbono azul” fue acuñado hace una década para describir la contribución vital de los ecosistemas costeros al secuestrar dióxido de carbono atmosférico, generando así importantes reservas y flujos de carbono1,2, y para llamar la atención sobre la degradación de los ecosistemas costeros que requieren conservación y restauración urgentes. esfuerzos para mitigar los efectos del cambio climático3,4.

Sabkha es el término árabe para designar a las salinas intermareales y supramareales amplias y planas que carecen de plantas vasculares y son propensas a variaciones en la frecuencia y duración de las inundaciones5,6. Los sabkhas se forman en un clima árido cuando la tasa de evaporación excede la tasa de lluvia; por lo tanto, la deposición de evaporitas prevalece ya sea en la superficie o dentro de los sedimentos6. Las secuencias antiguas de Sabkha son importantes yacimientos de petróleo y gas7. Sabkhas tiene un rango de hábitat geográficamente amplio, con presencia en el sudeste de Europa, la costa de California, México, la región de Medio Oriente y África del Norte, Australia y la Península Arábiga8. Según su ubicación con respecto a la costa, los Sabkhas se clasifican en dos tipos: Sabkhas costeros y del interior9. Los sabkhas costeros se encuentran generalmente a lo largo de la costa de regiones áridas. Estos Sabkhas se alimentan continuamente con agua de mar salina para reemplazar las pérdidas por evaporación y contienen sedimentos siliciclásticos o carbonatados6,9. Estos Sabkhas suelen inundarse periódicamente durante las mareas vivas y cuando los vientos del norte empujan fuertemente el agua de mar hacia el interior5,10. Los Sabkhas costeros a menudo se caracterizan por la presencia de tapetes microbianos vivos11. Estos tapetes están compuestos por diversas comunidades de microorganismos, como cianobacterias, diatomeas y otros tipos de algas, además de hongos y bacterias12. Estas alfombras microbianas desempeñan un papel esencial en el ecosistema al proporcionar una fuente de producción primaria, estabilizar los sedimentos e influir en el ciclo biogeoquímico13.

Los estudios sobre hábitats costeros con vegetación, como manglares, pastos marinos y sabkhas, han establecido su capacidad para secuestrar y almacenar cantidades significativas de carbono orgánico14,15. Estudios recientes sugieren que los Sabkhas costeros, que son ecosistemas dinámicos y productivos, tienen potencial para el secuestro de carbono8,16. Por lo tanto, las Sabkhas costeras podrían representar un ecosistema de carbono azul único, pero pasado por alto, que debería considerarse al modelar el presupuesto global de carbono17.

A diferencia de los ecosistemas terrestres, el carbono secuestrado en los sedimentos costeros puede ser abundante y permanecer almacenado durante mucho tiempo, lo que da lugar a reservas de carbono considerables18. Los ecosistemas costeros son aproximadamente de dos a cuatro veces más efectivos que los bosques para secuestrar dióxido de carbono por área por año, y pueden almacenar hasta el doble de carbono en su suelo y sedimento19. A pesar de la importancia de estos hábitats, más de la mitad de los ecosistemas de carbono azul se han perdido o degradado en los últimos 50 años a un ritmo alarmante20. Una vez que estos hábitats han sido alterados, ya no actúan como sumideros de carbono y se convierten en una fuente que libera carbono almacenado a la atmósfera. Por lo tanto, es importante que la comunidad, incluidos los científicos, los formuladores de políticas y el público en general, estudien el ciclo global del carbono y su relación con los ecosistemas costeros de carbono azul. Este conocimiento puede informar estrategias efectivas para el secuestro de carbono y la restauración y conservación de estos hábitats vitales. Además, todavía hay mucho que no entendemos que podría explicar la variabilidad en el almacenamiento de carbono en los ecosistemas de carbono azul, incluidos los Sabkhas costeros.

Los Sabkhas de Qatar han sido de interés desde la década de 1960, ya que se consideran un análogo de antiguas secuencias sedimentarias21. Investigaciones anteriores de Sabkhas costeras en Qatar han documentado su geomorfología10, pero se han centrado principalmente en los procesos de formación de dolomita y el papel de los microorganismos22,23,24. Mientras que estudios anteriores se han centrado principalmente en la geomorfología y los procesos de formación de dolomita de estos Sabkhas, pasando por alto el potencial de almacenamiento de carbono y su dinámica. Para cerrar esta brecha, se necesita una investigación exhaustiva para cuantificar las reservas de carbono dentro de los sedimentos de los Sabkhas costeros, y al mismo tiempo explorar los factores biogeoquímicos que contribuyen a las variaciones espaciales en el almacenamiento de carbono. Además, comprender los factores que impulsan la variabilidad estacional de las reservas de carbono es crucial para comprender el funcionamiento y la resiliencia de estos ecosistemas. Al abordar estas lagunas de investigación, se pueden obtener conocimientos valiosos para informar la modelización del presupuesto global de carbono y contribuir a la gestión y conservación efectivas de estos vitales ecosistemas costeros de carbono azul.

Este estudio informa sobre el potencial de carbono azul de las Sabkhas costeras de Qatar. Nuestro objetivo era realizar un análisis exhaustivo de las reservas de carbono en las Sabkhas costeras de Qatar. Cuantificamos las reservas de carbono en dos Sabkhas costeras, analizamos los posibles factores biogeoquímicos que afectan la variabilidad espacial de estas reservas y discutimos los principales impulsores de su variabilidad estacional.

Para este estudio se seleccionaron dos Sabkhas costeras en el estado de Qatar (Fig. 1). Khor Al-Adaid (KA) Sabkha se encuentra al sureste de Qatar, y Dohat Faishakh (DF) Sabkha se encuentra en la costa noroeste de Qatar. Los puntos de muestreo se seleccionaron con base en estudios previos22,25.

Imagen de satélite Sentinel-2 que muestra Qatar y las regiones de muestreo (A). Dohat Faishakh Sabkha (B). Khor Al-Adaid Sabkha (C).

El KA Sabkha es una gran bahía de marea que consta de dos lagunas interiores marginales. Es un Sabkha hipersalino cubierto de esteras microbianas (Fig. 2), rodeado de grandes dunas de arena; los sedimentos de este Sabkha están dominados por partículas siliciclásticas10. DF Sabkha es un ambiente evaporítico cubierto de tapetes microbianos, y sus sedimentos están dominados por minerales de yeso y carbonatos que se formaron durante el Holoceno26.

Imágenes fotográficas de diferentes tapetes microbianos en KA Sabkha (A y B) y DF Sabkha (C y D).

Se recolectaron muestras de testigos durante diferentes temporadas durante el período 2021-2022 (Tabla 1). Se recolectaron tres núcleos de sedimento de cada punto de muestreo utilizando un núcleo de plástico de 6 cm de diámetro. Los núcleos de sedimento se seccionaron en capas de 5 cm, comenzando desde la capa superficial hasta una profundidad de 35 cm (profundidad de rechazo). Se transfirieron cinco gramos de cada capa seccionada a tubos estériles y se liofilizaron. Los sedimentos liofilizados se trituraron manualmente utilizando un mortero antes del análisis geoquímico. Antes del análisis, se eliminaron grandes cristales visibles de yeso de los núcleos recolectados del DF Sabkha.

La densidad aparente (g cm-3) se determinó utilizando el método del núcleo27. El núcleo se recolectó de manera que no causara compactación, se seccionó cuidadosamente sin perder material y luego se secó a 105 °C durante 2 d. La densidad aparente se midió dividiendo la muestra de suelo secada al horno por el volumen interno del cilindro.

Para el análisis de elementos mayoritarios y traza (Ca, Na, Be, Mg, Al, P, K, Sr, Mn, Fe, V, Cr, Co, Ni, Zn, As y Mo), las muestras de sedimento se digirieron como siguiente: se utilizaron 1 ml de HNO3 al 50 % y 3 ml de HF para digerir 100 mg de cada muestra de sedimento en un recipiente de politetrafluoroetileno bien cerrado y mantenido en una placa caliente a 160 °C durante 48 h. Después de la evaporación hasta sequedad, se añadió 1 ml de HClO4 al 55 % al recipiente, que se calentó a 160 °C hasta que el ácido se evaporó por completo. Tan pronto como la muestra se enfrió a 25 °C (temperatura ambiente), se añadió HNO3 al 50 % y la muestra se calentó durante 12 h a 160 °C. Posteriormente, la solución se enfrió a temperatura ambiente y se diluyó con HNO328 al 10%. La composición elemental se determinó mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (ICP-MS) utilizando un instrumento PerkinElmer Optima 5300 DV.

La composición mineralógica global de los sedimentos se determinó utilizando un difractómetro de rayos X Empyrean multipropósito PANalytical. El análisis de los espectros XRD se realizó utilizando el software Crystal Impact Match, versión 3.15. Las cantidades de minerales en cada mezcla se estimaron semicuantitativamente utilizando el software Match.

Las muestras de sedimento se procesaron para determinar su contenido de carbono total (TC) utilizando un analizador CHNS Skalar Primacs SNC-100 TN/TC/IC. Primero, las muestras de sedimento se trituraron hasta un tamaño de partícula de aproximadamente 0,05 mm y luego se utilizaron para el análisis de 75 a 125 mg de sedimento. Para determinar el contenido de TC, las muestras se quemaron con O2 puro a 1200 °C para permitir la oxidación completa del carbono a CO2. Posteriormente, se midió el CO2 producido mediante espectroscopia infrarroja (IR). Para el análisis de carbono inorgánico (TIC), las muestras fueron tratadas con ácido fosfórico para producir CO2, que fue detectado por IR. El contenido de carbono orgánico se determinó restando TIC de TC.

Para calcular las reservas de carbono orgánico del sedimento (Corg) en cada capa, se utilizó la siguiente fórmula:

Corg a una profundidad específica se estimó como la suma de las existencias de Corg en todas las capas de sedimento. Extrapolamos las existencias de sedimentos de Corg por unidad de área a una profundidad de 1 m para permitir una comparación con los resultados informados en estudios anteriores.

El generador de imágenes multiespectral (MSI) de Sentinel-2 tiene 13 bandas en la región espectral VNIR a SWIR con resoluciones espaciales de 10, 20 y 60 m30. En este estudio, obtuvimos datos MSI Nivel-1C sin nubes del Copernicus Open Access Hub de la Agencia Espacial Europea que eran los más cercanos en el tiempo a la fecha de nuestro muestreo de campo. La Tabla 2 proporciona detalles sobre la adquisición de datos satelitales, incluida la fecha, el porcentaje de nubosidad y el uso de Sentinel-2A y Sentinel-2B para Dohat Faishakh Sabkha y Khor Al-Adaid Sabkha, con información específica sobre sus fechas de lanzamiento y órbitas. , tiempos de cruce ecuatorial, campo de visión y ciclos de repetición. Los datos se preprocesaron utilizando el programa Sentinel Application Platform (SNAP), que incluye el complemento Sen2Cor y Sentinel-2 Toolbox (http://step.esa.int/main/toolboxes/snap/)31,32. En este estudio, la salinidad del suelo de Sabkhas se procesó mediante imágenes utilizando las bandas espectrales de MSI e índices, a saber, el Índice de Salinidad de Diferencia Normalizada (NDSI) (banda 11-banda 12)/(banda 11 + banda 12), que se utilizó para el interior de Sabkha de Qatar by33 y disponible en la base de datos del Índice (BID) para indicadores de teledetección Sentinel-2 (https://custom-scripts.sentinel-hub.com/custom-scripts/sentinel-2/indexdb/).

Se utilizó el paquete de análisis estadístico IBM SPSS Statistics, versión 28.0.1.0 (142), para realizar todos los análisis estadísticos en este estudio. Todos los resultados se expresan como media ± desviación estándar. Se probaron los datos para determinar la normalidad y la homogeneidad de la varianza para garantizar que cumplían los supuestos de los métodos paramétricos. Se utilizaron pruebas t independientes y análisis de varianza unidireccional (ANOVA) para evaluar las diferencias entre los sitios en términos de características de los sedimentos. Se calculó el coeficiente de correlación de Pearson para probar la posible correlación entre el contenido de carbono orgánico y la profundidad.

Las características químicas de los elementos principales en las muestras de sedimentos recolectadas durante diferentes estaciones en DF y KA Sabkhas se muestran en la (Fig. 3).

Perfiles de profundidad para concentraciones promedio (mg/g) de elementos principales y oligoelementos muestreados de sedimentos de KA (líneas rojas) y DF (líneas negras).

Para tener en cuenta la variación potencial, se calcularon las concentraciones promedio de elementos mayores y menores en diferentes capas y estaciones. Los sedimentos de DF Sabkha mostraron concentraciones significativamente más altas de elementos mayores y menores que los de KA Sabkha (P = 0,008). Por ejemplo, los sedimentos de KA contenían un promedio de 64 a 114 mg/g de calcio en diferentes capas, mientras que los sedimentos de DF tenían un promedio de 95 a 231 mg/g de calcio. De manera similar, la concentración promedio de Na fue de 14 a 27 mg/g en KA y de 16 a 43 mg/g en DF. Sin embargo, la concentración promedio de K fue mayor en KA que en DF, con 6–10 mg/g y 5–8 mg/g, respectivamente (P = 0,007). Las concentraciones de Ba también fueron mayores en KA que en DF, y los sedimentos de KA tenían concentraciones significativamente más altas (P = 0,002) de Ba (0,12–0,22 mg/g) en comparación con los sedimentos de DF (0,03–0,1 mg/g).

Se empleó el Análisis de Componentes Principales (PCA) para obtener más información sobre las relaciones entre las variables estudiadas y el TOC. Los resultados de PCA se presentan en la (Fig. 4), que muestra las relaciones entre los elementos mayores y menores, la profundidad y el contenido orgánico total en KA y DF Sabkhas. Se encontró que los dos primeros componentes principales (PC1 y PC2) explican el 73% y el 78% de la variabilidad en los datos de KA y DF, respectivamente, lo que indica su contribución significativa al análisis. Los resultados del PCA muestran que existe una fuerte correlación entre TOC y profundidad en DF. Sin embargo, en KA, el TOC parece no tener relación con la profundidad y está más influenciado por las concentraciones elementales.

Resultados de PCA que muestran la relación entre elementos, profundidad y contenido orgánico total en: (A) KA y (B) DF Sabkhas. Se observan patrones distintos entre las dos ubicaciones.

El análisis de espectros XRD de los sedimentos recolectados de los dos Sabkhas mostró un perfil mineral consistente a lo largo de las diferentes estaciones, excepto los recolectados en KA, que mostraron una variabilidad relativamente mayor (Fig. 5). Curiosamente, los perfiles de profundidad revelaron diferencias significativas en la abundancia de minerales. Por ejemplo, el cuarzo abundaba en diferentes capas de sedimentos KA, y se observaron cantidades cada vez mayores de yeso en los sedimentos recolectados en octubre de 2022. Por el contrario, los sedimentos recolectados del DF contenían yeso, calcita y dolomita. En particular, la abundancia de dolomita aumentó en las capas más profundas de los núcleos de sedimentos.

Patrones de profundidad de mineralogía calculados semicuantitativamente utilizando datos XRD de las muestras de sedimentos centrales recolectadas de DF y KA Sabkha en diferentes estaciones: (A) KA1-21 de diciembre, (B) KA2, 22 de febrero, (C) KA3, 22 de octubre, ( D) DF1, 21 de diciembre, (E) DF2, 22 de febrero y (F) DF3, 22 de octubre. En el panel derecho se ilustran ejemplos que muestran patrones XRD de KA3 y DF3. Q: Cuarzo, C: Calcita, D: Dolomita, A: Aragonita, G: Yeso, H: Halita.

El carbono orgánico del sedimento siguió una tendencia de profundidad diferente en cada Sabkha (Fig. 6). La correlación de Pearson se calculó para probar la posible relación entre el contenido de carbono orgánico y la profundidad en cada Sabkha.

Porcentaje de carbono orgánico y variaciones de densidad aparente junto con la profundidad de cada Sabkha costera. A) DF y B) KA. Los resultados se representan como media ± DE.

En KA Sabkha, una correlación negativa significativa entre el contenido de carbono orgánico y la profundidad (r = − 0,85, P <0,01). Por el contrario, en DF Sabkha, se identificó una correlación fuerte y positiva entre el contenido de carbono orgánico y la profundidad (r = 0,97, P <0,01). Curiosamente, no hay diferencias significativas en las densidades aparentes de los sedimentos entre los dos Sabkhas. Además, no se observó una correlación significativa entre la densidad aparente y el carbono orgánico en cada uno de los dos Sabkhas estudiados.

Para estimar las reservas de carbono en los sedimentos en cada Sabkha, se calcularon las reservas medias de carbono en los sedimentos a lo largo de las estaciones (Fig. 7). Sorprendentemente, las reservas de carbono, promediadas para todas las estaciones, en DF (109,1 ± 7,1 Mg C ha-1) fueron significativamente mayores (P = 0,021) que en KA (67,8 ± 18,1 Mg C ha-1).

Reservas de carbono en los dos Sabkhas estudiados. Los resultados se representan como media ± DE. *P < 0,05, prueba t de muestra independiente.

Se calcularon las reservas de carbono para cada Sabkha en diferentes estaciones. Los resultados se muestran en (Fig. 8). Se observaron variaciones significativas en las reservas de carbono dentro de KA a lo largo de diferentes estaciones, mientras que en DF estas variaciones fueron relativamente menores.

Reservas de carbono en cada Sabkha en diferentes estaciones. (A) KA Sabkha y (B) DF Sabkha. Los resultados se representan como media ± DE. *P < 0,05, **P < 0,001, ANOVA unidireccional.

Las imágenes NDSI obtenidas para fechas cercanas al período de muestreo de campo se ilustran en la Fig. 9). Estas imágenes permiten visualizar la distribución espacial de la salinidad del suelo alrededor y dentro de los Sabkhas estudiados. La salinidad máxima del suelo se interpreta en rojo alrededor del Sabkha debido a la alta reflectancia del suelo salino (suelo carbonatado, CS) de la zona. Las imágenes muestran suelo salino con costra de sal (SS), que contiene yeso, halita y anhidrita, que se encuentran dentro de Sabkha y alrededor de Sabkha y que aparecen de color amarillo a cian. Todas las imágenes demuestran un aumento gradual de la salinidad a lo largo del tiempo en el suelo de Sabkha, potencialmente debido a cambios en el clima árido33. Además, los cambios en la salinidad están influenciados por la hidrodinámica predominante en el Golfo Arábigo34.

Imágenes del índice de diferencia de salinidad normalizada (NDSI) del MSI del DF Sabkha adquiridas el (A) 5 de diciembre de 2021, (B) 23 de febrero de 2022 y (C) 26 de octubre de 2022, que muestran el área de suelo salino (SS) ; Suelo carbonatado (CS); Agua Alta Salina (HSW) y Agua Baja Salina (LSW). Imágenes del índice de salinidad de diferencia normalizada (NDSI) del MSI del KA Sabkha adquiridas el (C) 20 de diciembre de 2021, (D) 18 de febrero de 2022 y (F) 26 de octubre de 2022, que muestran el área de suelo salino (SS) ; Suelo carbonatado (CS); Agua Altamente Salina (HSW) y Agua Baja Salina (LSW)). • localiza el sitio de muestra.

Uno de los ecosistemas costeros poco estudiados es Sabkha, que tiene potencial para almacenar carbono orgánico. Los Sabkhas costeros se extienden a lo largo de la costa de Qatar. Las reservas de carbono en los Sabkhas costeros estudiados se encontraban en su totalidad en los depósitos del suelo. Nuestros datos mostraron que ambos Sabkhas tienen un alto potencial de almacenamiento de carbono en el suelo (67,8 ± 18,10 y 109,11 ± 7,07 Mg C ha-1). Las reservas de carbono observadas en ambos Sabkhas se alinean con la gama de reservas de carbono documentadas en estudios previos realizados en Sabkhas costeras y entornos costeros similares. Para brindar una perspectiva más amplia, la Tabla 3 presenta un resumen de las reservas de carbono medidas en diferentes países en diversos entornos costeros.

Curiosamente, los dos Sabkhas costeros estudiados mostraron reservas de carbono más altas que las reservas del suelo de los manglares de Qatar (50,17 ± 6,27 Mg C ha-1)36. Esto es consistente con otros estudios que informaron la baja capacidad de los sedimentos de los manglares para actuar como sumideros de carbono37,38. Esto muestra que los manglares tienen una capacidad limitada para almacenar carbono en el suelo en comparación con los sabkhas costeros en áreas hipersalinas y con escasas precipitaciones e indica que los sabkhas costeros podrían considerarse ecosistemas sustanciales de carbono azul en ambientes áridos.

Nuestros resultados muestran que el carbono orgánico de los sedimentos siguió una tendencia de profundidad distinta en cada Sabkha. El carbono orgánico en DF aumentó con la profundidad, lo que podría explicarse por la interacción carbono orgánico-mineral, ya que las capas superiores están dominadas por yeso, mientras que las capas profundas están dominadas por dolomita. Por el contrario, el carbono orgánico en KA disminuyó con la profundidad, lo que puede atribuirse a la deposición alóctona de carbono en la capa superior del suelo. Esta diferencia subraya la variabilidad en la estabilización del carbono orgánico entre los Sabkhas costeros, que puede verse influenciada por una variedad de factores como la composición de la comunidad microbiana, la mineralogía y la hidrología39.

Diferentes contextos biogeoquímicos pueden afectar la retención de reservas de carbono en los sedimentos, y las interacciones que gobiernan la preservación de la materia orgánica son complejas40. Los estudios publicados coinciden en la alta variabilidad de las reservas de carbono orgánico, que pueden ocurrir en áreas relativamente pequeñas41. Nuestros datos emergentes muestran que DF Sabkha exhibe reservas de carbono significativamente más altas que KA Sabkha. Según las mediciones de campo y los datos cartográficos satelitales (Tabla 1 y Fig. 9), la salinidad puede ser el principal factor explicativo. Los niveles de salinidad en DF Sabkha, que oscilan entre 140 y 310, son significativamente más altos en comparación con los de KA Sabkha, que oscilan entre 47 y 89 ‰. El efecto de la salinidad sobre el almacenamiento de carbono se puede atribuir al hecho de que una alta salinidad puede reducir la actividad de la mayoría de los microbios o crear un ambiente inhóspito para muchos microorganismos42,43, reduciendo así la producción de carbono orgánico. Además, la alta salinización del suelo normalmente puede reducir las emisiones de carbono orgánico de los sedimentos porque la rígida capa salina restringe en gran medida sus reacciones redox44,45. Esto es consistente con muchos estudios que muestran una relación positiva entre la salinidad del suelo y el carbono orgánico46,47,48. Sin embargo, algunos estudios han reportado un impacto negativo de los altos niveles de salinidad en la preservación de la materia orgánica49. Sin embargo, la relación entre la preservación del carbono orgánico y la salinidad en Sabkhas es compleja y puede verse influenciada por varios otros factores.

Otro factor que podría explicar esta variabilidad espacial en las reservas de carbono es la mineralogía. Las interacciones materia orgánica-mineral son componentes esenciales del ciclo global del carbono y contribuyen a la preservación de la materia orgánica50,51.

Como era de esperar, nuestros patrones de XRD y mineralogía para sedimentos a granel obtenidos de los dos Sabkhas estudiados mostraron que KA, un carbonato siliciclástico Sabkha, tiene una gama más diversa de tipos de minerales que DF, un carbonato Sabkha puro, lo que podría causar una mayor heterogeneidad y, en última instancia, reducir la capacidad de almacenamiento de carbono orgánico del Sabkha52. Estos resultados están en línea con un estudio que sugirió que las características petrofísicas de un yacimiento de carbonato siliciclástico son más complejas que las de los yacimientos de carbonato puro o siliciclásticos, lo que podría reducir la calidad del yacimiento52.

La concentración de elementos principales puede tener una influencia significativa en la preservación del carbono, aunque el impacto de estos elementos en la preservación de la materia orgánica en ambientes Sabkha es complejo. Por ejemplo, se ha demostrado que el calcio desempeña un papel en la conservación de la materia orgánica53 formando complejos orgánicos de calcio que son resistentes a la degradación54. Nuestros resultados mostraron concentraciones de calcio significativamente más altas en los sedimentos DF que en los sedimentos KA. Además, la concentración de trazas de metales puede servir como indicador de las condiciones redox en los sedimentos55. Nuestros datos mostraron concentraciones promedio más altas de hierro56 y molibdeno (Mo) en los sedimentos de DF, lo cual es consistente con investigaciones previas que indican que oligoelementos como hierro, manganeso y molibdeno que están presentes en los sedimentos de Sabkha pueden facilitar la preservación de la materia orgánica. importa57.

Los resultados del PCA indican que existe una diferencia considerable en la asociación entre TOC, TIC, elementos y profundidad en los dos Sabkhas estudiados. Esta diferencia sugiere que los factores que afectan la distribución de la materia orgánica en los dos lugares pueden ser distintos, lo que requiere una mayor investigación sobre los mecanismos biogeoquímicos que controlan la preservación de la materia orgánica en Sabkhas.

Estudios anteriores han informado variaciones estacionales en las características biogeoquímicas de Sabkha58,59. En este estudio, se investigó la variabilidad estacional de las reservas de carbono en cada Sabkha. Las reservas de carbono en KA Sabkha mostraron una variabilidad muy significativa, lo que indica que el contenido de carbono en KA es inestable a escala estacional y, por lo tanto, probablemente no sea un sumidero de carbono a largo plazo.

Los espectros XRD confirmaron que KA Sabkha exhibe una variabilidad considerable en los perfiles mineralógicos, lo que es consistente con las fuertes fluctuaciones biogeoquímicas estacionales observadas en este entorno. Los datos satelitales también confirmaron fuertes variaciones en la salinidad en KA Sabkha. Curiosamente, nuestro estudio encontró que las reservas de carbono en KA aumentaron con la salinidad estacional, lo que sugiere un vínculo potencial entre la salinidad y el secuestro de carbono en este entorno. Por el contrario, DF Sabkha mostró muy poca variabilidad estacional en las reservas de carbono a pesar de las variaciones en la salinidad. Esto podría explicarse por el hecho de que DF es un Sabkha estable que no es propenso al mismo nivel de fluctuaciones que KA. En general, nuestros hallazgos resaltan la importancia de considerar factores biogeoquímicos y ambientales al evaluar el potencial de los Sabkhas como sumideros de carbono a largo plazo.

Este estudio proporciona información valiosa que es directamente relevante para las Sabkhas costeras en Qatar y el Golfo Arábigo, lo que nos permite compilar un inventario más completo del potencial de almacenamiento de carbono de estos ecosistemas. Nuestros hallazgos demuestran que los Sabkhas costeros tienen el potencial de almacenar cantidades significativas de carbono orgánico, que oscilan entre 68 y 109 Mg C ha-1. Estos valores son comparables a los de ecosistemas costeros similares, que oscilan entre 50 y 190 Mg C ha-1.

Además, nuestras investigaciones revelaron una divergencia notable en las reservas de carbono orgánico de los dos Sabkhas costeros. Las diferencias observadas en las reservas de carbono pueden atribuirse a variaciones en sus respectivas características biogeoquímicas y niveles de salinidad. El KA Sabkha exhibió mayores fluctuaciones estacionales en las reservas de carbono, mientras que el DF Sabkha, más estable y rico en carbonatos, pareció funcionar como un sumidero de carbono a largo plazo. Estos hallazgos enfatizan la importancia de realizar más investigaciones, incluidos estudios comparativos con otros ecosistemas costeros, evaluaciones de los flujos de carbono, investigaciones sobre los impactos del cambio climático, estudios de comunidades microbianas, exploración de técnicas de restauración e integración de hallazgos en políticas y esfuerzos de conservación. Llevar a cabo este tipo de investigaciones es crucial para medir con precisión el potencial de secuestro de carbono de estos ecosistemas y reconocer su papel fundamental en la mitigación del cambio climático. Lo más importante es que este estudio destaca la urgencia de preservar estos hábitats costeros únicos, que ya han experimentado una destrucción sustancial debido al desarrollo urbano.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles por parte del autor correspondiente a solicitud de cualquier investigador calificado.

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Nos gustaría agradecer al Dr. Peter Kazak y al Sr. Abdullah Alahraf del Centro de Materiales Avanzados (CAM-QU) por su ayuda con el análisis XRD. Agradecemos al personal de la Unidad Central de Laboratorios (CLU-QU) del Centro de Ciencias Ambientales (ESC-QU) por brindar apoyo en la realización de análisis ICP y TOC. Los autores agradecen al Dr. Veerasingam Subramanian por su cuidadosa revisión del estudio.

Financiamiento de acceso abierto proporcionado por la Biblioteca Nacional de Qatar. Esta publicación fue posible gracias a las subvenciones NPRP 12S-0313-19034 y NPRP NPRP13S-0207-20029 del Fondo Nacional de Investigación de Qatar (miembro de la Fundación Qatar). Las declaraciones aquí realizadas son responsabilidad exclusiva de los autores.

Centro de Ciencias Ambientales, Universidad de Qatar, PO Box 2713, Doha, Qatar

Zulfa Ali Al Disi, Khaled Naja, Sankaran Rajendran, Hadil Elsayed, Hamad Al Saad Al-Kuwari, Fadhil Sadooni, Maria Dittrich y Jassim Abdulla A. Al-Khayat

Centro de Investigación Biomédica, Universidad de Qatar, PO Box 2713, Doha, Qatar

Khaled Naja

Grupo de Biogeoquímica, Departamento de Ciencias Físicas y Ambientales, Universidad de Toronto Scarborough, 1065 Military Trail, Toronto, M1C 1A1, Canadá

Ivan Strakhov y María Dittrich

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ZA contribuyó a la conceptualización, realizó investigaciones, realizó análisis formales, preparó figuras y escribió el texto principal del manuscrito. KN contribuyó a la conceptualización, realizó análisis formales, preparó figuras y escribió el texto principal del manuscrito. SR contribuyó al análisis formal, preparó figuras y escribió el texto principal del manuscrito. Él llevó a cabo investigaciones y revisó/editó el manuscrito. MD contribuyó a la conceptualización, el desarrollo de la metodología y revisó/editó el manuscrito. IS revisó/editó el manuscrito. HK proporcionó supervisión y adquisición de financiación. FS contribuyó a la conceptualización, gestionó la administración del proyecto y revisó el manuscrito. JK gestionó la administración del proyecto, proporcionó supervisión, adquisición de fondos y revisó el manuscrito. Todos los autores han leído y aprobado la versión final del manuscrito.

Correspondencia a Zulfa Ali Al Disi.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Al Disi, ZA, Naja, K., Rajendran, S. et al. Variabilidad del almacenamiento de carbono azul en un ambiente árido evaporítico de dos Sabkhas o marismas costeras. Informe científico 13, 12723 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-39762-7

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Recibido: 09 de mayo de 2023

Aceptado: 30 de julio de 2023

Publicado: 05 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-39762-7

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