Características biogeoquímicas y labilidad de partículas orgánicas en agua y sedimentos del océano austral: análisis comparativo entre ambos compartimentos

Abstract

El Océano Austral (OA) es clave en el ciclo global del carbono, regulando el flujo de materia orgánica entre la columna de agua y los sedimentos. Los fiordos de la Península Antártica (PA) actúan como sumideros de carbono, mientras que las zonas profundas del Estrecho de Bransfield (EDB) presentan una dinámica biogeoquímica influenciada por procesos hidrotermales y montes submarinos. Este estudio evaluó la cantidad, composición y degradación del material orgánico particulado (MOP) en suspensión y sedimentos superficiales en dos tipos de ambientes del OA: fiordos (Bahía Collins - BC y Bahía Esperanza - BE) y zonas profundas del EDB (Isla Decepción - ID y Little Point - The Axe - LP). Se colectaron muestras de agua a distintas profundidades y sedimentos durante el verano antártico de 2020 a bordo del R/V BAP Carrasco. Se analizaron carbono y nitrógeno particulado (POC, PN) y sedimentario (TOC, TN), razones isotópicas (δ¹³C y δ¹⁵N) y biopolímeros orgánicos (proteínas, carbohidratos y lípidos). Los fiordos mostraron diferencias en la composición del MOP asociadas al deshielo. En BC, los sedimentos presentaron mayores concentraciones de proteínas (2,88–3,04 mg g⁻¹) en comparación con BE (1,37–1,55 mg g⁻¹), relacionado a diferencias en las tasas de sedimentación y disponibilidad de materia orgánica. El MOP en suspensión en ambos fiordos fue de origen fitoplanctónico reciente y alta calidad nutricional. En el EDB, las concentraciones de POC y PN en la termoclina fueron menores que en otras zonas de la PA, y los sedimentos presentaron bajos valores de TOC (< 0,5%). En ID, las aguas superficiales mostraron altas concentraciones de lípidos (hasta 41,8 μg L⁻¹), posiblemente vinculadas a la actividad hidrotermal. En LP, los sedimentos presentaron un enriquecimiento en carbohidratos (hasta 3,31 mg g⁻¹), sugiriendo que la interacción de las corrientes con el monte submarino The Axe afecta la redistribución y degradación de la materia orgánica. Estos resultados resaltan la influencia de la geomorfología y las condiciones oceanográficas en la biogeoquímica del MOP en el OA, destacándose la integración de datos pelágicos y bentónicos para comprender la dinámica y el secuestro de carbono en un contexto de cambio climático.

The Southern Ocean (SO) is key to the global carbon cycle, regulating the flux of organic matter between the water column and sediments. The fjords of the Antarctic Peninsula (AP) act as carbon sinks, while the deep zones of the Bransfield Strait (BS) present biogeochemical dynamics influenced by hydrothermal processes and seamounts. This study assessed the quantity, composition and degradation of particulate organic matter (POM) in suspension and surface sediments in two types of environments in the SO: fjords (Collins Bay - BC and Hope Bay - BE) and deep zones of the BS (Deception Island - ID and Little Point - The Axe - LP). Water and surface sediment samples were collected at various depths during the Antarctic summer of 2020 aboard the R/V BAP Carrasco.Particulate carbon and nitrogen (POC, PN) and sedimentary total organic carbon and total nitrogen (TOC, TN), isotopic ratios (δ¹³C and δ¹⁵N), and organic biopolymers (proteins, carbohydrates, and lipids) were analyzed. The fjords showed differences in POM composition associated with ice melting. In BC, sediments presented higher protein concentrations (2.88–3.04 mg g⁻¹) compared to BE (1.37–1.55 mg g⁻¹), linked to differences in sedimentation rates and organic matter availability. Suspended POM in both fjords was of recent phytoplanktonic origin and high nutritional quality. In the BS, POC and PN concentrations in the thermocline were lower than in other areas of the AP, and sediments had low TOC values (< 0.5%). In ID, surface waters showed high lipid concentrations (up to 41.8 μg L⁻¹), possibly linked to hydrothermal activity. In LP, sediments were enriched in carbohydrates (up to 3.31 mg g⁻¹), suggesting that the interaction of currents with The Axe seamount impacts on organic matter redistribution and degradation. These results highlight the influence of geomorphology and oceanographic conditions on POM biogeochemistry in the SO, emphasizing the integration of pelagic and benthic data to understand carbon dynamics and sequestration in a climate change context.