Published August 4, 2015
| Version v1
Publication
Open
Spatial variability of diploptene δ<sup>13</sup>C values in thermokarst lakes: the potential to analyse the complexity of lacustrine methane cycling
Creators
- 1. University of Southampton
- 2. University of Bristol
- 3. Cabot (United States)
- 4. Pontifical Catholic University of Peru
Description
Abstract. Cryospheric changes in northern high latitudes are linked to significant greenhouse gas flux to the atmosphere, including methane release that originates from organic matter decomposition in thermokarst lakes. The connections between methane production in sediments, transport pathways and oxidation are not well understood and this has implications for any attempts to reconstruct methane production from sedimentary archives. We assessed methane oxidation as represented by methane oxidising bacteria across the surface sediments of two interior Alaska thermokarst lakes in relation to methane emissions via ebullition (bubbling). The bacterial biomarker diploptene was present and had low δ13C values (lower than −38 ‰) in all sediments analysed, suggesting methane oxidation was widespread. The most δ13C-depleted diploptene was found in the area of highest methane ebullition emissions in Ace Lake (δ13C diplotene values between −68.2 and −50.1 ‰), suggesting a positive link between methane production, oxidation, and emission in this area. In contrast, significantly less depleted diploptene δ13C values (between −42.9 and −38.8 ‰) were found in the area of highest methane ebullition emissions in Smith Lake. Lower δ13C values of diploptene were found in the central area of Smith Lake (between −56.8 and −46.9 ‰), where methane ebullition rates are low but methane diffusion appears high. Using δ13C-diplotene as a proxy for methane oxidation activity, we suggest the observed differences in methane oxidation levels among sites within the two lakes could be linked to differences in source area of methane production (e.g. age and type of organic carbon) and bathymetry as it relates to varying oxycline depths and changing pressure gradients. As a result, methane oxidation is highly lake-dependent. The diploptene δ13C values also highlight strong within-lake variability, implying that single-value, down-core records of hopanoid isotopic signatures are not secure indicators of changing methane flux at the whole-lake scale.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة: ترتبط التغيرات في الغلاف الجليدي في خطوط العرض الشمالية المرتفعة بتدفق كبير لغازات الدفيئة إلى الغلاف الجوي، بما في ذلك إطلاق الميثان الذي ينشأ عن تحلل المواد العضوية في بحيرات الكارستات الحرارية. الروابط بين إنتاج الميثان في الرواسب ومسارات النقل والأكسدة ليست مفهومة جيدًا وهذا له آثار على أي محاولات لإعادة بناء إنتاج الميثان من المحفوظات الرسوبية. قمنا بتقييم أكسدة الميثان كما تمثلها البكتيريا المؤكسدة للميثان عبر الرواسب السطحية لبحيرتين من بحيرات ألاسكا الحرارية الداخلية فيما يتعلق بانبعاثات الميثان عن طريق الثوران (الفقاقيع). كان ثنائي البوبتين المرقم الحيوي البكتيري موجودًا وكان له قيم δ 13C منخفضة (أقل من −38 ‰) في جميع الرواسب التي تم تحليلها، مما يشير إلى أن أكسدة الميثان كانت منتشرة على نطاق واسع. تم العثور على الديبلوبتين الأكثر استنفادًا δ 13C في منطقة أعلى انبعاثات ثوران الميثان في بحيرة آيس (قيم الديبلوتين δ 13C بين −68.2 و −50.1 ‰)، مما يشير إلى وجود صلة إيجابية بين إنتاج الميثان والأكسدة والانبعاثات في هذه المنطقة. على النقيض من ذلك، تم العثور على قيم ديبلوبتين δ 13C أقل استنفادًا بكثير (بين -42.9 و -38.8) في منطقة أعلى انبعاثات ثوران الميثان في بحيرة سميث. تم العثور على قيم δ 13C أقل من الديبلوبتين في المنطقة الوسطى من بحيرة سميث (بين -56.8 و -46.9)، حيث تكون معدلات ثوران الميثان منخفضة ولكن يبدو أن انتشار الميثان مرتفع. باستخدام δ 13 C - diplotene كبديل لنشاط أكسدة الميثان، نقترح أن الاختلافات الملحوظة في مستويات أكسدة الميثان بين المواقع داخل البحيرتين يمكن ربطها بالاختلافات في منطقة مصدر إنتاج الميثان (مثل عمر ونوع الكربون العضوي) وقياس الأعماق من حيث صلته بأعماق خط الأوكسيكلين المتغيرة وتدرجات الضغط المتغيرة. ونتيجة لذلك، تعتمد أكسدة الميثان بشكل كبير على البحيرة. تسلط قيم ثنائي الببتين δ 13C الضوء أيضًا على التباين القوي داخل البحيرة، مما يعني أن السجلات أحادية القيمة السفلية للتوقيعات النظيرية الهوبانويدية ليست مؤشرات آمنة لتغيير تدفق الميثان على نطاق البحيرة بأكملها.Translated Description (French)
Résumé. Les changements cryosphériques dans les hautes latitudes septentrionales sont liés à d'importants flux de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, y compris la libération de méthane provenant de la décomposition de la matière organique dans les lacs thermokarstiques. Les liens entre la production de méthane dans les sédiments, les voies de transport et l'oxydation ne sont pas bien compris et cela a des implications pour toute tentative de reconstitution de la production de méthane à partir des archives sédimentaires. Nous avons évalué l'oxydation du méthane représentée par les bactéries oxydant le méthane à travers les sédiments de surface de deux lacs thermokarstiques intérieurs de l'Alaska en relation avec les émissions de méthane par ébullition (bouillonnement). Le biomarqueur bactérien diploptène était présent et avait de faibles valeurs de δ13C (inférieures à −38 ‰) dans tous les sédiments analysés, suggérant que l'oxydation du méthane était répandue. Le diploptène le plus appauvri en δ13C a été trouvé dans la zone des émissions d'ébullition de méthane les plus élevées dans le lac Ace (valeurs de diplotène δ13C comprises entre −68,2 et −50,1 ‰), suggérant un lien positif entre la production, l'oxydation et les émissions de méthane dans cette zone. En revanche, les valeurs δ13C du diploptène significativement moins appauvri (entre −42,9 et −38,8 ‰) ont été trouvées dans la zone des émissions d'ébullition de méthane les plus élevées à Smith Lake. Des valeurs de δ13C plus faibles du diploptène ont été trouvées dans la zone centrale du lac Smith (entre −56,8 et −46,9 ‰), où les taux d'ébullition du méthane sont faibles mais la diffusion du méthane semble élevée. En utilisant le δ13C-diplotène comme indicateur de l'activité d'oxydation du méthane, nous suggérons que les différences observées dans les niveaux d'oxydation du méthane entre les sites des deux lacs pourraient être liées à des différences dans la zone source de production de méthane (par exemple, l'âge et le type de carbone organique) et la bathymétrie en ce qui concerne les variations des profondeurs d'oxycline et les gradients de pression. En conséquence, l'oxydation du méthane dépend fortement des lacs. Les valeurs diplopténiques δ13C mettent également en évidence une forte variabilité intra-lac, ce qui implique que les enregistrements à valeur unique et à cœur bas des signatures isotopiques hopanoïdes ne sont pas des indicateurs sûrs de l'évolution du flux de méthane à l'échelle de l'ensemble du lac.Translated Description (Spanish)
Resumen. Los cambios criosféricos en las latitudes altas del norte están vinculados a un flujo significativo de gases de efecto invernadero a la atmósfera, incluida la liberación de metano que se origina a partir de la descomposición de la materia orgánica en los lagos termokársticos. Las conexiones entre la producción de metano en los sedimentos, las vías de transporte y la oxidación no se entienden bien y esto tiene implicaciones para cualquier intento de reconstruir la producción de metano a partir de archivos sedimentarios. Evaluamos la oxidación del metano representada por bacterias oxidantes de metano en los sedimentos superficiales de dos lagos termocársticos interiores de Alaska en relación con las emisiones de metano a través de la ebullición (burbujeo). El biomarcador bacteriano diplopteno estaba presente y tenía valores bajos de δ13C (inferiores a -38 ‰) en todos los sedimentos analizados, lo que sugiere que la oxidación del metano estaba generalizada. El diplopteno más empobrecido en δ13C se encontró en el área de mayores emisiones de ebullición de metano en Ace Lake (valores de diploteno δ13C entre -68,2 y -50,1 ‰), lo que sugiere un vínculo positivo entre la producción, oxidación y emisión de metano en esta área. Por el contrario, se encontraron valores significativamente menores de diplopteno δ13C (entre -42,9 y -38,8 ‰) en el área de mayores emisiones de ebullición de metano en Smith Lake. Se encontraron valores más bajos de δ13C de diplopteno en el área central del lago Smith (entre -56,8 y -46,9 ‰), donde las tasas de ebullición de metano son bajas pero la difusión de metano parece alta. Usando δ13C-diploteno como indicador de la actividad de oxidación de metano, sugerimos que las diferencias observadas en los niveles de oxidación de metano entre los sitios dentro de los dos lagos podrían estar relacionadas con las diferencias en el área de origen de la producción de metano (por ejemplo, la edad y el tipo de carbono orgánico) y la batimetría en lo que se refiere a la variación de las profundidades de oxiclina y los gradientes de presión cambiantes. Como resultado, la oxidación del metano depende en gran medida de los lagos. Los valores de diplopteno δ13C también resaltan una fuerte variabilidad dentro del lago, lo que implica que los registros de un solo valor de firmas isotópicas hopanoides no son indicadores seguros de cambios en el flujo de metano en toda la escala del lago.Files
bg-13-2611-2016.pdf.pdf
Files
(584.0 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:e981bf8d7b0d3d893eab71e1b55f5d04
|
584.0 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التباين المكاني لقيم diploptene δ <sup>13 </ sup>C في البحيرات الحرارية: القدرة على تحليل تعقيد دورة ميثان اللاكوسترين
- Translated title (French)
- Variabilité spatiale des valeurs de diploptène δ< ; sup> ;13 </sup> ;C dans les lacs thermokarstiques : la possibilité d'analyser la complexité du cycle lacustre du méthane
- Translated title (Spanish)
- Variabilidad espacial del diplopteno δ<sup>13 </sup> Valores de C en lagos termokársticos: el potencial para analizar la complejidad del ciclo del metano lacustre
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2253458554
- DOI
- 10.5194/bgd-12-12157-2015
References
- https://openalex.org/W1488689861
- https://openalex.org/W1501212292
- https://openalex.org/W1577510320
- https://openalex.org/W1631544888
- https://openalex.org/W1932868995
- https://openalex.org/W1965279367
- https://openalex.org/W1973420913
- https://openalex.org/W1974228467
- https://openalex.org/W1974627193
- https://openalex.org/W1984449371
- https://openalex.org/W1992383576
- https://openalex.org/W1998975481
- https://openalex.org/W2004901852
- https://openalex.org/W2008680648
- https://openalex.org/W2009846716
- https://openalex.org/W2016099722
- https://openalex.org/W2016973827
- https://openalex.org/W2032906670
- https://openalex.org/W2034178414
- https://openalex.org/W2035444882
- https://openalex.org/W2041743232
- https://openalex.org/W2043665214
- https://openalex.org/W2044247101
- https://openalex.org/W2045691258
- https://openalex.org/W2051755269
- https://openalex.org/W2055942616
- https://openalex.org/W2062124496
- https://openalex.org/W2078859339
- https://openalex.org/W2085455428
- https://openalex.org/W2088486677
- https://openalex.org/W2090725111
- https://openalex.org/W2097707181
- https://openalex.org/W2110184033
- https://openalex.org/W2115088622
- https://openalex.org/W2115365174
- https://openalex.org/W2116660506
- https://openalex.org/W2117561771
- https://openalex.org/W2120218224
- https://openalex.org/W2120992817
- https://openalex.org/W2122202585
- https://openalex.org/W2128430926
- https://openalex.org/W2131995600
- https://openalex.org/W2137856147
- https://openalex.org/W2139566196
- https://openalex.org/W2140345077
- https://openalex.org/W2146351922
- https://openalex.org/W2148548160
- https://openalex.org/W2148882518
- https://openalex.org/W2149281700
- https://openalex.org/W2149892478
- https://openalex.org/W2153135054
- https://openalex.org/W2156605971
- https://openalex.org/W2300552860
- https://openalex.org/W4247672888
- https://openalex.org/W4294555410
- https://openalex.org/W52810790