Dissolved methane in the sills region of the Gulf of California

José Vinicio Macías-Zamora, K Castro-Morales, RA Burke, ML Lopez-Mariscal

Abstract


An unusual combination of features makes the Midriff Islands region of the northern Gulf of California (NGC) a strong atmospheric methane source. Oceanographic isolation by a series of sills and islands along with upward transport of nutrient-rich water enhanced by tidal currents, upwelling, and overflows results in high productivity. The resulting high phytoplankton biomass likely stimulates biogeochemical cycling that, in turn, may stimulate biological methane production in the water column and sediments. Additionally, venting of abiogenic methane-rich hydrothermal fluids in this tectonically active area and seepage of biogenic or thermogenic methane gas from the sediments may also be important sources. We found elevated methane concentrations throughout our study area, the highest within the Ballenas Channel, which was supersaturated with respect to atmospheric methane at all depths. Our vertical methane profiles show that elevated dissolved methane concentrations in the NGC are mainly associated with Gulf of California Water (GCW). Data from 22 stations suggest southward advection of methane via the methane-rich GCW, and lower methane concentrations south of the sills area. Our observations of supersaturated methane concentrations at all stations and all depths in the Ballenas Channel suggest that it is a strong source of methane to the atmosphere and to other parts of the NGC. In particular, station 7 at 50, 20, and 0 m depths had methane (CH4) concentrations of 49.1, 48.3, and 43.5 nM, respectively, corresponding to saturation values of 2090%, 2050%, and 1850%, respectively. Our calculated NGC fluxes ranged from 3.4 to 103.4 mol CH4 m–2 d–1. The average methane flux calculated for our entire study area was 21.1 mol CH4 m–2 d–1. These values are higher than those measured at many other high productivity sites worldwide including upwelling sites, and suggest input of methane via hydrothermal fluids or seepage from the sediments. Key words: dissolved methane, gas chromatography, potential methane sources and origin.


Una combinación inusual de rasgos oceanográficos hacen de la región de las grandes islas del norte del golfo de California (NGC) una importante fuente de metano hacia la atmósfera. El aislamiento oceanográfico por umbrales e islas y el transporte vertical de agua rica en nutrientes, aumentado por mareas, surgencias y desbordes, resultan en alta productividad. La alta biomasa fitoplanctónica probablemente estimula el reciclado biogeoquímico, que a su vez estimula la producción biológica de metano en el agua y sedimento. Adicionalmente, el venteo de fluidos hidrotermales ricos en metano en esta zona tectónicamente activa y las filtraciones de gas metano, termogénico o biogénico, del sedimento también pueden ser fuentes importantes. Se encontraron concentraciones elevadas de metano a lo largo del área de estudio, principalmente dentro del canal de Ballenas, con supersaturación respecto al metano atmosférico en todas las profundidades. Nuestros perfiles verticales de metano muestran que las elevadas concentraciones de metano en el NGC están asociadas al Agua del Golfo de California (AGC). Datos de 22 estaciones sugieren una advección de metano al sur vía AGC rica en metano, y concentraciones menores de metano al sur de los umbrales. La supersaturación en el canal de Ballenas sugiere que éste es una fuente importante de metano hacia la atmósfera y hacia otras partes del NGC. En particular, la estación 7 a 50, 20 y 0 m de profundidad presentó concentraciones de metano (CH4) de 49.1, 48.3 y 43.5 nM, respectivamente (saturaciones de 2090%, 2050% y 1850%, respectivamente). El flujo de gas hacia la atmósfera varió de 3.4 a 103.4 mol CH4 m–2 d–1, con un promedio total para toda el área de 21.1 mol CH4 m–2 d–1. Estos valores son más altos comparados con aquellos medidos en otros sitios de alta productividad a nivel mundial, incluyendo zonas de surgencias, y sugieren una entrada de metano vía procesos hidrotermales o filtraciones desde el sedimento.

Keywords


dissolved methane; gulf of california

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DOI: http://dx.doi.org/10.7773/cm.v39i2.2232

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