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Avaliando o impacto da rede global de telecomunicações submarinas nos estoques sedimentares de carbono orgânico

Jul 15, 2023

Nature Communications volume 14, Número do artigo: 2080 (2023) Citar este artigo

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41 Altmétrica

Detalhes das métricas

O sequestro de carbono orgânico nos sedimentos do fundo do mar desempenha um papel fundamental na regulação do clima global; no entanto, as atividades humanas podem perturbar os estoques de carbono anteriormente sequestrados, reduzindo potencialmente a capacidade do oceano de armazenar CO2. Estudos recentes revelaram impactos profundos no fundo do mar e perda de carbono sedimentar devido à pesca e navegação, mas a maioria das outras atividades humanas no oceano foram negligenciadas. Aqui, apresentamos uma avaliação da perturbação do carbono orgânico relacionada à extensa rede de cabos de telecomunicações submarinos globalmente. Até 2,82–11,26 Mt de carbono orgânico em todo o mundo foi perturbado como resultado do soterramento de cabos, em profundidades de água de até 2.000 m. Embora ordens de magnitude inferiores às perturbadas pela pesca de fundo, é uma quantia não trivial que está ausente dos orçamentos globais. Futuros desenvolvimentos offshore que perturbem o fundo do mar devem considerar a proteção dos estoques de carbono em todo o espectro das indústrias da Economia Azul.

Os sedimentos marinhos são o maior depósito de carbono orgânico da Terra e esse sequestro desempenha um papel fundamental na regulação do clima global1,2,3,4. No entanto, se os estoques de carbono orgânico previamente enterrados forem perturbados e exumados, isso pode levar à remineralização do carbono em CO2 (o que poderia potencialmente aumentar a acidificação do oceano), limitando a capacidade do oceano de armazenar CO2 adicional e potencialmente aumentando o acúmulo de CO2. de CO23,4,5,6 atmosférico. Os estoques de carbono sedimentar podem ser ocasionalmente perturbados por eventos naturais, como inundações, tempestades que ressuspendem sedimentos do fundo do mar raso ou grandes deslizamentos submarinos desencadeados por terremotos7,8,9,10,11. Além desses eventos naturais, as atividades humanas que afetam o fundo do oceano (por exemplo, pesca, mineração, exploração de petróleo e gás, extração de agregados, ancoragem) são cada vez mais reconhecidas como desempenhando um papel significativo na liberação de carbono orgânico previamente enterrado, com intensidade e extensão espacial crescendo pelo aumento do uso de recursos marinhos e Blue Growth2,3,4,12,13,14,15,16. Estima-se que 1,3% do fundo do oceano global seja arrastado a cada ano (∼5 × 106 km2), liberando potencialmente quantidades semelhantes de carbono orgânico sedimentar para o cultivo agrícola em terra17. Até que ponto outras atividades humanas liberam carbono previamente enterrado permanece obscuro; em grande parte devido à falta de acesso aos conjuntos de dados da indústria que permitem a quantificação dessa perturbação. Essa limitação inibe a avaliação dos impactos de toda a extensão das atividades humanas na eficiência do enterro de carbono em todo o mundo. Aqui, avaliamos o impacto potencial de um dos sistemas de infraestrutura mais extensos do nosso planeta – a rede de cabos submarinos de telecomunicações que se estende por mais de 1,8 milhão de km no oceano global (Fig. 1).

A As rotas dos cabos são codificadas por cores (branco a azul escuro) de acordo com a profundidade da água (m). Batimetria derivada da grade GEBCO_2022, GEBCO Compilation Group (2022) GEBCO 2022 Grid. B Extensão das rotas de cabos em profundidades de água de até 2.000 m ilustradas como linhas pretas, sobrepondo o mapa de distribuição global de estoques de carbono sedimentar no primeiro metro abaixo do fundo do mar de Atwood et al.2. O gráfico de pizza inserido mostra o comprimento relativo de todas as rotas de cabo que cruzam diferentes domínios fisiográficos, com base no mapeamento geomórfico global63. Contornos de países provenientes de dados vetoriais gratuitos do Natural Earth.

Mais de 99% de todo o tráfego internacional de dados digitais é roteado por mais de 400 sistemas de cabos submarinos interconectados (Fig. 1A), que sustentam a Internet, permitem o trabalho remoto, transações financeiras no valor de trilhões de dólares por dia e conectam estados insulares remotos para sustentar seu desenvolvimento econômico18,19. Esses cabos, que são colocados diretamente no fundo do mar ou enterrados e normalmente têm um diâmetro equivalente a uma mangueira de jardim (mas podem aumentar para 4 a 5 cm de diâmetro em águas rasas para acomodar armaduras de arame de aço integral para proteção), são vulneráveis a danos por ameaças externas que podem interromper conexões e/ou reduzir significativamente a largura de banda, exigindo reparos caros e desafiadores logisticamente. A análise de um banco de dados global da indústria revelou que aproximadamente 150 a 200 falhas de cabo ocorrem a cada ano, sendo a maioria (60 a 70%) causada por atividade humana em profundidades de água <200 m18. As principais causas são a pesca (41% das falhas) e quedas acidentais de âncoras de embarcações (16%). O arrasto de fundo é o tipo de pesca mais comum para interagir com cabos submarinos, pois ocorre na maioria das plataformas continentais e cobre grandes áreas do fundo do mar13,18,19,20. Em áreas de atividade humana potencialmente prejudicial, os cabos são enterrados para proteção por técnicas intrusivas de abertura de valas, aração ou jateamento21 (Fig. 2). As falhas nos cabos causadas pela pesca de arrasto de fundo normalmente se relacionam com o arrasto de otterboards pesados (0,1 a 8 toneladas) que podem penetrar dezenas de centímetros em sedimentos moles e a retenção de pesos projetados para agitar o fundo do mar para capturar peixes e mariscos18,22. O esgotamento dos estoques pesqueiros (em grande parte impulsionado pela sobrepesca) estimulou um impulso da pesca demersal para águas mais profundas em várias regiões15,23, o que significa que o enterro de cabos é cada vez mais necessário em partes do talude continental (em profundidades de água de até 1500 m), além da plataforma continental. Em algumas áreas (por exemplo, no nordeste do Atlântico e no leste do Oceano Pacífico), cabos em profundidades de água de até 2.000 m podem ser enterrados, devido à expansão da atividade pesqueira para maiores profundidades24. Em águas profundas, onde a pesca e outras atividades perturbadoras são raras (ou seja, menos de quatro falhas de cabo ocorrem em alto mar por ano19), os cabos de telecomunicações não são blindados e colocados diretamente no fundo do mar, causando apenas uma perturbação muito pequena dos sedimentos25,26,27 .

11,000 sampling points)2,29. We show how up to 2.82–11.26 Mt of organic carbon worldwide has been disturbed by cable burial, and place this figure in a wider context through comparison with natural processes and other human activities./p>15 years21. A particularly important control is likely to be the cable burial tool that is used, and the nature of the initial disturbance. In the case of ploughing and trenching, sediment typically settles quickly (particularly granular sediment, such as sand) and deposits close to the initial excavation site; in many cases immediately (fully or partially) backfilling the trench21. In such cases, the likelihood of remineralization will be reduced; however, in the case of jetting (which fluidizes the sediment), suspended plumes of fine (clay and silt-size) sediment may be more widely dispersed by ocean currents, taking days to settle and hence increasing the chances of remineralization21,36. Second, organic carbon mineralization rates will depend on external factors. For example, not all organic carbon stored in sediments is labile, and may not be remineralized after disturbance37. Previous studies have attempted to calculate a mean global oxidation rate; however, there is significant variability, due in a large part to controls exerted by ocean depth, deposition rate and primary productivity, resulting in large uncertainties38. The degradability of organic carbon, and hence remineralization rates, strongly depend on the physiographic environment and the associated chemical, biological and physical processes38,39,40. For example, regional differences in water column and sediment oxygen concentrations, and hence markedly different carbon remineralization rates, may occur in different areas, such as coastal hypoxic zones that will feature very low remineralization rates41. The rate of reactivity can vary over at least four orders of magnitude in marine sediments worldwide42. Third, areas where cables are buried may already have been extensively trawled; hence, seabed carbon stocks may already have been perturbed. Finally, cable burial differs from bottom fishing as it is intended to be a one-off activity, in contrast to fishing that leads to repeated exhumation3,15. However, in the absence of field studies related to cable burial we consider the ranges of carbon loss determined from fishing studies to be a reasonable analogue for a first-order global calculation, where most carbon loss is observed following the first fishing trawl3,15,31./p>100 km3 Grand Banks landslide, which was triggered by a Mw 7.2 earthquake offshore Newfoundland in 192945. These natural disturbance events are increasingly recognized as playing an important role in the fate of sedimentary organic carbon, as they may funnel carbon to become efficiently buried in deep sea fans or hadal trenches, but may also exhume previously-buried carbon that can become remineralized11,46. A fundamental difference, however, is that such events are part of a natural spectrum that cannot be controlled, while human activities can be modified to minimize the potential for carbon disturbance./p>60 Mt (conservatively assuming only the top 1 cm is disturbed and 30% is lost17), which is at least two orders of magnitude greater than the cumulative total organic carbon lost due to cable burial since modern fiber-optic cables have been laid (Fig. 5). While the quantities of organic carbon lost due to cable burial are orders of magnitude smaller than associated with other human activities such as deep-sea trawling and dredging, they are non-trivial amounts that are not currently included in any global calculations and they add to the complex manner in which humans have and continue to alter natural sedimentary systems47. In light of ongoing efforts to more effectively manage marine carbon budgets, it is critical to limit disturbance of any sedimentary carbon stocks where possible. We therefore now discuss approaches that may limit such disturbance./p>2000 m. We then differentiated by cable lengths that lie on the continental shelf, the continental shelf between to water depth of 1500 m, and between 1500 m and 2000 m (based on the World Seafloor Geomorphology map of GRID Arendal63. We make this differentiation because cables are typically buried to water depths of up to 1500 m, but in some regions (particularly the NE Atlantic) burial is sometimes required to 2000 m water depth. In so doing, we aim to provide a conservative upper bound (i.e. including water depths of up to 2000 m). We then relate these cable lengths to the dimensions of the trenches excavated for cable burial, which provide upper and lower bounds for the potentially disturbed volume of sediment. Disturbed seabed area is derived by multiplying cable length by trench width (0.5–1.0 m), and then related to disturbed sediment volume by multiplying that value by trench depth (0.5–2.0 m). Finally, we relate the disturbed sediment volumes to the global modeled sedimentary carbon stocks of Atwood et al.2. We do this in two ways. First we simply base this on global average values of carbon/km2 within the top 1 m below seafloor that Atwood et al. provide for the continental shelf and continental slope. Second, we use the mapped values of carbon/km2 from the global model of Atwood (i.e. Fig. 2B), extracting the values along each cable route to enable a more geographically-resolved calculation. Where we assume a burial depth scenario of 0.5 m, we half this value, and for a burial depth of 2 m, we double the value./p>

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