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Valutazione dell'impatto della rete globale di telecomunicazioni sottomarine sugli stock sedimentari di carbonio organico

Jul 15, 2023

Nature Communications volume 14, numero articolo: 2080 (2023) Citare questo articolo

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Il sequestro del carbonio organico nei sedimenti del fondale marino svolge un ruolo chiave nella regolazione del clima globale; tuttavia, le attività umane possono disturbare le riserve di carbonio precedentemente sequestrate, riducendo potenzialmente la capacità dell’oceano di immagazzinare CO2. Studi recenti hanno rivelato profondi impatti sui fondali marini e la perdita di carbonio sedimentario dovuta alla pesca e alla navigazione, ma la maggior parte delle altre attività umane nell’oceano sono state trascurate. Qui presentiamo una valutazione del disturbo del carbonio organico relativo alla rete di cavi di telecomunicazioni sottomarini estesa a livello globale. Fino a 2,82–11,26 Mt di carbonio organico in tutto il mondo sono stati disturbati a causa dell'interramento dei cavi, in acque profonde fino a 2000 m. Anche se ordini di grandezza inferiori a quelli disturbati dalla pesca di fondo, si tratta di una cifra non banale che è assente dai bilanci globali. I futuri sviluppi offshore che disturbano i fondali marini dovrebbero prendere in considerazione la salvaguardia delle riserve di carbonio, in tutto lo spettro delle industrie della Blue Economy.

I sedimenti marini rappresentano la più grande riserva di carbonio organico sulla Terra e questo sequestro svolge un ruolo chiave nella regolazione del clima globale1,2,3,4. Tuttavia, se gli stock di carbonio organico precedentemente sepolti vengono disturbati ed esumati, ciò può portare alla rimineralizzazione del carbonio in CO2 (che potrebbe potenzialmente aumentare l’acidificazione degli oceani), limitando la capacità dell’oceano di immagazzinare ulteriore CO2 e potenzialmente aumentando la formazione di CO2. di CO23,4,5,6 atmosferica. Gli stock sedimentari di carbonio possono essere disturbati episodicamente da eventi naturali, come inondazioni, tempeste che risospendono i sedimenti superficiali del fondale marino o grandi frane sottomarine innescate da terremoti7,8,9,10,11. Oltre a questi eventi naturali, è sempre più riconosciuto che le attività umane che influiscono sul fondale oceanico (ad esempio pesca, estrazione mineraria, esplorazione di petrolio e gas, estrazione di aggregati, ancoraggio) svolgono un ruolo significativo nel rilascio di carbonio organico precedentemente sepolto, con intensità e l’estensione spaziale in crescita grazie al maggiore utilizzo delle risorse marine e alla Crescita Blu2,3,4,12,13,14,15,16. Si stima che ogni anno l’1,3% del fondale oceanico globale venga trascinato (circa 5 × 106 km2), rilasciando potenzialmente quantità simili di carbonio organico sedimentario nelle lavorazioni agricole sulla terraferma17. Non è chiaro fino a che punto altre attività umane rilascino carbonio precedentemente sepolto; in gran parte a causa della mancanza di accesso ai set di dati del settore che consentono la quantificazione di tale disturbo. Questa limitazione impedisce la valutazione degli impatti dell’intera portata delle attività umane sull’efficienza del seppellimento del carbonio in tutto il mondo. Qui, valutiamo il potenziale impatto di uno dei sistemi infrastrutturali più estesi del nostro pianeta: la rete di cavi di telecomunicazione sottomarini che si estendono per oltre 1,8 milioni di km attraverso l’oceano globale (Fig. 1).

A I percorsi dei cavi sono codificati a colori (da bianco a blu scuro) in base alla profondità dell'acqua (m). Batimetria derivata dalla griglia GEBCO_2022, GEBCO Compilation Group (2022) GEBCO 2022 Grid. B Estensione dei percorsi dei cavi in acque profonde fino a 2000 m illustrata come linee nere, sovrastanti la mappa di distribuzione globale delle riserve di carbonio sedimentario nel primo metro sotto il fondale marino da Atwood et al.2. Il grafico a torta riportato mostra la lunghezza relativa di tutti i percorsi dei cavi che attraversano diversi domini fisiografici, sulla base della mappatura geomorfica globale63. Contorni dei paesi provenienti da dati vettoriali gratuiti di Natural Earth.

Oltre il 99% di tutto il traffico internazionale di dati digitali viene instradato attraverso più di 400 sistemi di cavi sottomarini interconnessi (Fig. 1A), che sono alla base di Internet, consentono il lavoro a distanza, transazioni finanziarie del valore di trilioni di dollari al giorno e collegano stati insulari remoti per sostenere il loro sviluppo economico18,19. Questi cavi, che vengono posati direttamente sul fondale marino o interrati e in genere hanno un diametro equivalente a un tubo da giardino (ma può aumentare fino a 4-5 cm di diametro in acque poco profonde per ospitare un'armatura integrale in filo di acciaio per la protezione), sono vulnerabili ai danni da minacce esterne che possono interrompere le connessioni e/o ridurre significativamente la larghezza di banda, richiedendo riparazioni costose e logisticamente impegnative. L'analisi di un database industriale globale ha rivelato che ogni anno si verificano circa 150-200 guasti ai cavi, la maggior parte dei quali (60-70%) sono causati dall'attività umana in acque <200 m di profondità18. Le cause principali sono la pesca (41% dei guasti) e la caduta accidentale dell'ancora dalle imbarcazioni (16%). La pesca a strascico è il tipo di pesca più comune per interagire con i cavi sottomarini poiché avviene sulla maggior parte delle piattaforme continentali e copre vaste aree di fondale marino13,18,19,20. Nelle aree di attività umana potenzialmente dannosa, i cavi vengono interrati per protezione mediante tecniche intrusive di scavo, aratura o getto21 (Fig. 2). I guasti ai cavi causati dalla pesca a strascico sono tipicamente legati al trascinamento di tavole di mare pesanti (0,1-8 tonnellate) che possono penetrare per decine di centimetri nei sedimenti molli e all'impigliamento di pesi progettati per smuovere il fondale marino per catturare pesci e molluschi18,22. L’esaurimento degli stock ittici (in gran parte causato dalla pesca eccessiva) ha stimolato una spinta della pesca demersale in acque più profonde in diverse regioni15,23, il che significa che è sempre più necessario l’interramento dei cavi su parti della scarpata continentale (in acque profonde fino a 1500 m), oltre alla piattaforma continentale. In alcune aree (ad esempio nell'Atlantico nord-orientale e nell'Oceano Pacifico orientale), i cavi fino a 2.000 m di profondità possono essere interrati, a causa dell'espansione dell'attività di pesca a profondità maggiori24. In acque profonde, dove la pesca e altre attività di disturbo sono rare (ovvero si verificano meno di quattro guasti ai cavi in alto mare all'anno19), i cavi per le telecomunicazioni non sono armati e posati direttamente sul fondale marino, causando solo un disturbo molto lieve dei sedimenti25,26,27 .

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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