Indicadores de calidad del material orgánico en suspensión en la cuenca Central del Estrecho de Bransfield, océano Austral

Abstract

El material orgánico particulado (MOP) cumple un rol clave en la Bomba Biológica Oceánica al mediar la exportación de carbono desde la superficie hacia el océano profundo. En el océano Austral, uno de los principales sumideros de CO2 a escala global, los procesos que controlan la producción, transformación y transporte vertical del MOP son fundamentales para comprender su contribución a la regulación climática. En regiones de gran complejidad oceanográfica y geomorfológica, como el Estrecho de Bransfield, la composición y exportación del MOP son moduladas por la interacción entre los patrones de circulación y la topografía del fondo. En este trabajo se caracterizó la distribución vertical, composición bioquímica y el origen del MOP en suspensión en dos estructuras volcánicas de la cuenca Central del Estrecho de Bransfield: el complejo de tres picos Three Sisters y el monte submarino Orca. Las muestras fueron recolectadas durante el crucero ORCA III (verano austral 2019/2020), a bordo del R/V BAP Carrasco, en 14 estaciones y a distintas profundidades de la columna de agua (superficie, base de la termoclina, zona intermedia y fondo). Se realizaron perfiles de temperatura, salinidad, oxígeno disuelto y fluorescencia, y se identificaron las principales masas de agua presentes en la región. Se determinaron las concentraciones totales de carbohidratos (CHO), lípidos (LIP) y proteínas (PRT), se estimó su contribución al carbono biopolimérico (CBP) y se calcularon las razones bioquímicas PRT:CHO y CHO:LIP. Adicionalmente, se analizaron la composición elemental (C, N) y las firmas isotópicas estables (δ13C, δ15N) del MOP. Los datos fueron integrados mediante estadísticos descriptivos y análisis multivariados de ordenación. El MOP exhibió un gradiente vertical decreciente, asociado a la estratificación de la columna de agua y a la distribución de las masas de agua en la cuenca Central. Las concentraciones de biopolímeros mostraron máximos en superficie (CBP ~ 50 μg L-1) y una disminución progresiva hacia aguas profundas (~ 12 μg L-1). En ambos sitios, las PRT constituyeron la fracción dominante, entre 50 – 90% del CBP total, con razones PRT:CHO mayores a 1 en todas las profundidades. Esto indica la presencia de un MOP autóctono, fresco, de gran valor nutricional y biodisponible para los consumidores heterótrofos. Three Sisters presentó una distribución relativamente homogénea del MOP, con razones CHO:LIP constantes a lo largo de la columna de agua, sugiriendo una exportación vertical más directa. En contraste, la mayor variabilidad en Orca es consistente con una dinámica del MOP más compleja, potencialmente asociada a procesos de retención y recirculación. Aunque el contenido total de MOP disminuyó con la profundidad, la persistencia de la fracción proteica y de razones bioquímicas asociadas a material lábil, indica que una fracción del MOP logra preservarse y mantener su integridad molecular en los estratos más profundos de la columna de agua. Las razones C:N (4 – 6) y las firmas δ13C (-29,6 – -25,8 ‰) indican un origen predominantemente autótrofo del MOP, sin evidencias de aportes significativos de material de origen quimiosintético derivado de la actividad volcánica submarina. Estos resultados muestran que la distribución vertical y la calidad del MOP en la cuenca Central del Estrecho de Bransfield están principalmente controladas por procesos biológicos y físicos del sistema pelágico, a la vez influenciados localmente por la geomorfología submarina, y aportan nuevos antecedentes para una región del océano Austral escasamente estudiada.

Particulate organic matter (POM) plays a key role in the Biological Carbon Pump by mediating the export of carbon from surface waters to the deep ocean. In the Southern Ocean, a major region for global CO2 sequestration, the processes controlling POM production, transformation, and vertical transport are fundamental to understanding its contribution to climate regulation. In regions with pronounced oceanographic and geomorphological complexity, such as the Bransfield Strait, POM composition and export are modulated by the interaction between circulation patterns and seafloor topography. In this study, we characterized the vertical distribution, biochemical composition, and origin of suspended POM at two volcanic edifices in the Central Bransfield Basin: the Three Sisters ridges and the Orca Seamount. Samples were collected during the ORCA III cruise (austral summer 2019/2020) aboard the R/V BAP Carrasco, in multiple depths along the water column (surface, thermocline base, intermediate layer, and near-bottom waters) at 14 stations. Vertical profiles of temperature, salinity, dissolved oxygen, and fluorescence were obtained, and the main water masses in the region identified. Concentrations of carbohydrates (CHO), lipids (LIP) and proteins (PRT) were quantified and used to estimate biopolymeric carbon (BPC), as well as the derived biochemical ratios PRT:CHO and CHO:LIP. Elemental composition (C, N) and stable isotope signatures (δ13C, δ15N) of POM were also analyzed. Data were integrated using descriptive statistics and multivariate ordination analyses. POM exhibited a vertically decreasing gradient, in association with the water column stratification and the distribution of water masses in the Central Basin. Biopolymer concentrations showed surface maxima (BPC ~ 50 μg L-1) and a progressive decline toward deep waters (~ 12 μg L-1). At both sites, PRT were the dominant fraction, accounting for 50 – 90% of total BPC, with PRT:CHO ratios consistently greater than 1 throughout the water column. This indicates the presence of predominantly autochthonous, fresh POM with high nutritional value and bioavailability for heterotrophic consumers. Three Sisters displayed a relatively homogeneous vertical POM distribution, as indicated in constant CHO:LIP ratios, suggesting a more direct vertical export. In contrast, the higher variability observed at Orca is consistent with more complex POM dynamics, potentially linked to retention and recirculation processes. Although total POM content decreased with depth, the persistence of the protein fraction and biochemical ratios associated with labile material indicates that a fraction of POM is preserved and retains its molecular integrity in deeper layers of the water column. C:N ratios (4 – 6) and δ13C signatures (-29,6 – -25,8 ‰) indicate a predominantly autotrophic origin of POM, with no evidence of significant inputs of chemosynthetically derived material related to submarine volcanic activity. Overall, these results show that the vertical distribution and quality of POM in the Central Bransfield Basin are primarily driven by biological and physical processes within the pelagic system, locally influenced by seafloor geomorphology, and provide new insights into a poorly studied region of the Southern Ocean.