Processos de interacção geosfera/biosfera em sedimentos marinhos do Golfo de Cádiz

Abstract

O principal objectivo deste estudo foi avaliar o estado de actividade de alguns vulcões de lama do Golfo de Cádiz, especificamente no que diz respeito a um processo biogeoquímico extremamente importante: oxidação anaeróbia do metano. Este processo é mediado por microrganismos e ocorre em associação com a redução de sulfato, sendo também responsável pelo consumo de quantidades significativas de metano em sedimentos marinhos que, de outra forma, seriam libertadas para a hidrosfera e, consequentemente para a atmosfera, contribuindo para o agravamento do efeito de estufa. Durante o cruzeiro SONNE-175 GAP (Gibraltar Arc Processes), foram recolhidas amostras de sedimentos através de multicores e gravity cores, tendo em vista a realização de análises biogeoquímicas. No trabalho aqui exposto, usaram-se amostras de cinco vulcões de lama: Captain Arutyunov, Bonjardim Ginsburg, Gemini e No Name. Foram analisados os seguintes parâmetros geoquímicos: metano, sulfato, sulfeto e hidrocarbonetos C2+; os perfis obtidos da análise das concentrações destes compostos revelaram a existência de uma zona bem definida nos sedimentos sub-superficiais, na qual ocorre o consumo total do metano e do sulfato, bem como o consumo de hidrocarbonetos mais pesados (zona de transição sulfato-metano). Esta particularidade também foi confirmada pela medição de taxas de oxidação anaeróbia de metano e de taxas de redução de sulfato, as quais evidenciaram o acoplamento dos dois processos, apesar das taxas de redução de sulfato serem, geralmente, mais elevadas. As baixas taxas de oxidação anaeróbia de metano, relativamente às taxas de redução do sulfato, bem como o consumo de hidrocarbonetos na zona de transição sulfato-metano, evidenciam que em alguns vulcões de lama, a redução do sulfato ocorre acoplada não só à oxidação de metano mas também de outros hidrocarbonetos mais pesados. Foram também levadas a cabo análises de biomarcadores lipídicos, bem como análises de isótopos estáveis de carbono (δ13C), de forma a identificar taxonomicamente os organismos envolvidos no consumo do metano. Estas análises revelaram concentrações elevadas de lípidos provenientes de membranas de archaea e de bactérias redutoras de sulfato. Por outro lado, os valores reduzidos de δ13C na zona de transição sulfato-metano, indicam que a oxidação anaeróbia do metano é mediada por um consórcio microbiano protagonizado por archaea e bactérias redutoras de sulfato. Adicionalmente, a presença de lípidos em carbonatos autigénicos dos vulcões de lama Hesperides e Faro, sugerem a influência da oxidação anaeróbia do metano na sua precipitação. No entanto, os dados disponíveis apontam para a possibilidade de variações ambientais poderem influenciar a diversidade das comunidades metanotróficas, tal como é demonstrado pelas abundâncias relativas em diferentes vulcões de lama dos biomarcadores archaeol e sn2- hidroxiarchaeol, e dos ácidos gordos bacterianos, i-C15:0, ai-C15:0; C16:1ω5 e cyC17:0ω5,6.

The main goal of this study was to assess the state of activity of some of the Gulf of Cadiz mud volcanoes, concerning a very important biogeochemical process: anaerobic oxidation of methane (AOM). This process, mediated by microbial organisms, occurs coupled to sulphate reduction and is responsible for the consumption of significant amounts of methane within marine sediments, which would otherwise be released to the atmosphere, contributing to the greenhouse effect. During the SONNE-175 GAP Cruise (Nov/Dec 2003) several gravity cores and multi-cores of sediments from Gulf of Cadiz mud volcanoes were recovered for further biogeochemical analysis. In the scope of the present work sediment cores from five mud volcanoes (Captain Arutyunov, Bonjardim, Ginsburg, Gemini and No Name) were analysed. Several geochemical parameters were measured, such as methane, sulphate, sulphide and C2+ compounds, showing a sharp sulphate-methane transition zone and revealing the consumption of methane and sulphate within the sediment and also the consumption of higher hydrocarbons. This was also confirmed by anaerobic oxidation of methane and sulphate reduction rate measurements, which indicate a coupling of the two processes, although sulphate reduction is generally higher than anaerobic oxidation of methane. Low anaerobic oxidation of methane rates relatively to sulphate reduction rates, as well as the C2+ hydrocarbons concentration profiles, suggests that in some mud volcanoes, sulphate reduction is not only coupled to anaerobic oxidation of methane but also to anaerobic oxidation of higher hydrocarbons. Lipid biomarker and carbon isotope analysis were also carried out, in order to identify chemotaxonomically the organisms involved in the consumption of methane. High concentrations of lipid biomarkers associated with specific archaeal and bacterial membrane lipids and the low δ13C signatures at the sulphate-methane transition zone, indicate that AOM is mediated by a microbial community of archaea and sulphate reducing bacteria. Furthermore, the presence of lipids in authigenic carbonates from the Hesperides and the Faro mud volcanoes show the influence of anaerobic oxidation of methane in their precipitation. However, the available data suggest that differences in environmental settings appear to influence the biodiversity of the methanotrophic communities, as it is shown by the different relative abundances of the archaeal biomarkers archaeol and sn2-hydroxyarchaeol, and the bacterial fatty acids, i-C15:0, ai-C15:0; C16:1ω5 and cyC17:0ω5,6, in different mud volcanoes.