Сезонная динамика концентраций СН4 и СО2 во внутриболотном озере Северное

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Болотные и озерные экосистемы бореального пояса признаются важными звеньями глобального биогеохимического цикла углерода, в то же время, многие аспекты динамики газового режима внутриболотных озер остаются малоизученными. В работе представлены результаты изучения сезонной динамики концентраций растворенных СH4 и СО2 в водной толще внутриболотного озера, расположенного в грядово-озерковом комплексе Иласского болотного массива – типичного представителя верховых болот северной тайги Северо-запада России. Выполнен анализ сезонного вертикального распределения парниковых газов в водной толще; динамики поверхностных концентраций с увеличенным временным разрешением; рассмотрены причины и закономерности их изменчивости, в том числе во взаимосвязи с характеристиками донных отложений. Концентрации СН4 и СО2 в водной толще в течение года изменяются в широких диапазонах: от 4 до 652 мкг/л и от 0.19 до 19 мг/л соответственно. Концентрации CH4 в поверхностном горизонте находятся примерно на одном уровне с мая по август, при этом измеренные в воде значения (5.9–11 мкг/л) более чем стократно превышают равновесные с атмосферой концентрации (0.04–0.05 мкг/л), что указывает на поток метана в атмосферу. Концентрации CO2 снижаются в течение всего периода открытой воды и к концу августа становятся ниже равновесных с атмосферой, что свидетельствует об изменении направления потока и поглощении CO2 из атмосферы. Результаты показали, что в зависимости от сезона внутриболотное озеро может выступать не только в роли источника, но и в роли поглотителя атмосферного углерода, 90–99 % которого, согласно литературным данным, составляет СО2.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. Д. Прасолов

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лаверова УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: sergeyprasolov1@gmail.com
Россия, 163020, Архангельск, Никольский пр-кт, 20

С. А. Забелина

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лаверова УрО РАН

Email: sergeyprasolov1@gmail.com
Россия, 163020, Архангельск, Никольский пр-кт, 20

С. И. Климов

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лаверова УрО РАН

Email: sergeyprasolov1@gmail.com
Россия, 163020, Архангельск, Никольский пр-кт, 20

А. В. Чупаков

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лаверова УрО РАН

Email: sergeyprasolov1@gmail.com
Россия, 163020, Архангельск, Никольский пр-кт, 20

Г. Н. Лосюк

Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лаверова УрО РАН

Email: sergeyprasolov1@gmail.com
Россия, 163020, Архангельск, Никольский пр-кт, 20

Список литературы

  1. Бикбулатов Э.С. (ред.) (1993) Органическое вещество донных отложений волжских водохранилищ. Труды ИБВВ РАН, вып. 66 (69). С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 144 с.
  2. Вахрамеева Е.А., Кокрятская Н.М. (2019) Гранулометрический состав донных отложений меромиктических озер (бассейн Белого моря). Геология морей и океанов: Материалы XXIII Международной научной конференции (Школы) по морской геологии. Том 3. М.: Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук, 115–118.
  3. Глаголев М.В., Клепцова И.Е., Казанцев В.С., Филиппов И.В., Максютов Ш.Ш. (2010) Эмиссия метана из болотных ландшафтов тундры. Вестник Томского государственного педагогического университета. 3 (93), 78–86.
  4. Глаголев М.В., Сирин А.А., Лапшина Е.Д., Филиппов И.В. (2010а) Изучение потоков углеродсодержащих парниковых газов в болотных экосистемах Западной Сибири. Вестник Томского государственного педагогического университета. 3 (93), 120–127.
  5. Глаголев М.В. (2010) Аннотированный список литературных источников по результатам измерений потоков СН4 и СО2 на болотах России. Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. 1 (2).
  6. Голубятников Л.Л., Казанцев В.С. (2013) Вклад тундровых озер западной Сибири в метановый бюджет атмосферы. Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 49 (4), 430–438. doi: 10.7868/S0002351513040044.
  7. Давыдов Д.К., Краснов О.А., Симоненков Д.В., Фофонов А.В., Головацкая Е.А., Максютов Ш.Ш. (2022) Исследования потоков парниковых газов в болотных экосистемах (участок Плотниково Бакчарского болота). Геосферные исследования. 4, 67–75. doi: 10.17223/25421379/25/4.
  8. Добровольская Т.Г., Головченко А.В., Звягинцев Д.Г., Инишева Л.И., Кураков А.В., Смагин А.В., Зенова Г.М., Лысак Л.В., Семенова Т.А., Степанов А.Л., Глушакова А.М., Початкова Т.Н., Кухаренко О.С., Качалкин А.В., Якушев А.В., Поздняков Л.А., Богданова О.Ю. (2013) Функционирование микробных комплексов верховых торфяников – анализ причин медленной деструкции торфа / Под ред. И.Ю. Чернова. М.: Товарищество научных изданий КМК, 128 с.
  9. Жила И.М., Алюшкинская Н.М. (1972) Ресурсы поверхностных вод СССР. Т. 3: Северный край. Л.: Гидрометиздат, 663 с.
  10. Кривенок Л.А., Глаголев М.В., Фастовец И.А., Смоленцев Б.А., Максютов Ш.Ш. (2014) Удельные потоки метана из экосистем южной тундры Западной Сибири. Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. 5 (1), 26–42.
  11. Мартынова М.В. (2010) Донные отложения как составляющая лимнических экосистем. М.: Наука, 242 с.
  12. Потахин М.С. (2006) Обзор классификаций водоемов Карелии. Водная среда Карелии: исследование, использование, охрана. Материалы II республиканской школы-конференции молодых ученых (20–21.02.2006). Петрозаводск: КарНЦ РАН, 16–21.
  13. Романовская А.А. (ред.) (2023) Оценка потоков парниковых газов в экосистемах регионов Российской Федерации. М.: ИГКЭ, ООО “Принт”, 343 с.
  14. Селянина С.Б., Труфанова М.В., Ярыгина О.Н., Орлов А.С., Пономарева Т.И., Титова К.В., Зубов И.Н. (2017) Особенности биотрансформации органических веществ в условиях болотных экосистем Севера (на примере Иласского болотного массива). Труды института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН. 79 (82), 200–206. doi: 10.24411/0320-3557-2017-10040.
  15. Федоров Ю.А., Гарькуша Д.И., Хромов М.И. (2008) Эмиссия метана с торфяных залежей Иласского болотного массива Архангельской области. Известия Русского географического общества. 140 (5), 40–47.
  16. Хатчинсон Д.Э. (1969) Лимнология: географические, физические и химические характеристики озер. М.: Прогресс, 591 с.
  17. Arsenault J., Talbot J., Moore T.R. (2018) Environmental controls of C, N and P biogeochemistry in peatland pools. Sci. Total Environ. 631–632, 714–722. doi: 10.1016/j.scitotenv.2018.03.064.
  18. Bastviken D., Cole J. Pace M., Tranvik L. (2004) Methane emissions from lakes: Dependence of lake characteristics, two regional assessments, and a global estimate. Global Biogeochemical Cycles. 18 (4). doi: 10.1029/2004GB002238.
  19. Cole J., Caraco N., Kling G., Kratz T. (1994) Carbon Dioxide Supersaturation in the Surface Waters of Lakes. Science. 265 (5178), 1568–1570. doi: 10.1126/science.265.5178.1568.
  20. Dean J.F., Meisel O.H., Martyn Rosco M., Marchesini L.B., Garnett M.H., Lenderink H., van Logtestijn R., Borges A.V., Bouillon S., Lambert T., Röckmann T., Maximov T., Petrov R., Karsanaev S., Aerts R., van Huissteden J., Vonk J.E., Dolman A.J. (2020) East Siberian Arctic inland waters emit mostly contemporary carbon. Nat. Commun. 11(1), 1627. doi: 10.1038/s41467-020-15511-6.
  21. Downing J.A. (2010) Emerging global role of small lakes and ponds: little things mean a lot. Limnetica 29 (1), 9–24. doi: 10.23818/limn.29.02.
  22. Ford P.W., Boon P.I., Lee K. (2002) Methane and oxygen dynamics in a shallow floodplain lake: the significance of periodic stratification. Hydrobiologia 485 (1), 97–110. doi: 10.1023/A:1021379532665.
  23. Forster P., Storelvmo T., Armour K., Collins W., Dufresne J.-L., Frame D., Lunt D.J., Mauritsen T., Palmer M.D., Watanabe M., Wild M., Zhang H. (2021) The Earth’s energy budget, climate feedbacks, and climate sensitivity. Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 923–1054.
  24. Golub M., Koupaei-Abyazani N., Vesala T., Mammarella I., Ojala A., Bohrer G., Weyhenmeyer G.A., Blanken P.D., Eugster W., Koebsch F., Chen J., Czajkowski K., Deshmukh C., Guérin F., Heiskanen J., Humphreys E., Jonsson A., Karlsson J., Kling G., Lee X., Liu H., Lohila A., Lundin E., Morin T., Podgrajsek E., Provenzale M., Rutgersson A., Sachs T., Sahlée E., Serça D., Shao C., Spence C., Strachan I.B., Xiao W., Desai A.R. (2023) Diel, seasonal, and inter-annual variation in carbon dioxide effluxes from lakes and reservoirs. Environ. Res. Lett. 18 (3), 034046. doi: 10.1088/1748-9326/acb834.
  25. Gulev S.K., Thorne P.W., Ahn J., Dentener F.J., Domingues C.M., Gerland S., Gong D., Kaufman D.S., Nnamchi H.C., Quaas J., Rivera J.A., Sathyendranath S., Smith S.L., Trewin B., von Schuckmann K., Vose R.S. (2021) Changing state of the climate system. Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA: Cambridge University Press, 287–422.
  26. Holgerson M.A. (2015) Drivers of carbon dioxide and methane supersaturation in small, temporary ponds. Biogeochemistry. 124 (1), 305-318. doi: 10.1007/s10533-015-0099-y.
  27. Holgerson M.A., Raymond P.A. (2016) Large contribution to inland water CO2 and CH4 emissions from very small ponds. Nat. Geosci. 9 (3), 222–26. doi: 10.1038/ngeo2654.
  28. Huotari J., Ojala A., Peltomaa E., Pumpanen J., Hari P., Vesala T. (2009) Temporal variations in surface water CO2 concentration in a boreal humic lake based on high-frequency measurements, Boreal Environ. Res. 14, 48–60.
  29. Huotari J., Ojala A., Peltomaa E., Nordbo A., Launiainen S., Pumpanen J., Rasilo T., Hari P., Vesala T. (2011) Long-term direct CO2 flux measurements over a boreal lake: Five years of eddy covariance data. Geophys. Res. Lett. 38, L18401. doi: 10.1029/2011GL048753.
  30. Jammet M., Dengel S., Kettner E., Parmentier F.-J.W., Wik M., Crill P., Friborg T. (2017) Year-round CH4 and CO2 flux dynamics in two contrasting freshwater ecosystems of the subarctic. Biogeosciences. 14 (22), 5189-5216. doi: 10.5194/bg-14-5189-2017.
  31. Karlsson J., Serikova S., Vorobyev S.N., Rocher-Ros G., Denfeld B., Pokrovsky O.S. (2021) Carbon emission from Western Siberian inland waters. Nat. Commun. 12 (1), 825. doi: 10.1038/s41467-021-21054-1.
  32. Kortelainen P., Rantakari M., Huttunen J.T., Mattsson T., Alm J., Juutinen S., Larmola T., Silvola J., Martikainen P.J. (2006) Sediment respiration and lake trophic state are important predictors of large CO2 evasion from small boreal lakes. Global Change Biol. 12 (8), 1554–1567.
  33. Lammers S., Suess E. (1994) An improved head-space analysis method for methane in seawater. Mar. Chem. 47 (2), 115–125. doi: 10.1016/0304-4203(94)90103-1.
  34. Lundin E.J., Klaminder J., Bastviken D., Olid C., Hansson S.V., Karlsson, J. Large difference in carbon emission – burial balances between boreal and arctic lakes Sci. Rep. 5 (1), 14248. doi: 10.1038/srep14248.
  35. Marushchak M.E., Kiepe I., Biasi1 C., Elsakov V., Friborg T., Johansson T., Soegaard H., Virtanen T., Martikainen P.J. (2013) Carbon dioxide balance of subarctic tundra from plot to regional scales. Biogeosciences. 10 (1), 437–452. doi: 10.5194/bg-10-437-2013.
  36. McCallister S.L., del Giorgio P.A. (2008) Direct measurement of the d13C signature of carbon respired by bacteria in lakes: Linkages to potential carbon sources, ecosystem baseline metabolism, and CO2 fluxes. Limnol. Oceanogr. 53 (4), 1204–1216. doi: 10.4319/lo.2008.53.4.1204.
  37. Ordóñez C., DelSontro T., Langenegger T., Donis D, Suarez E.L., McGinnis D.F. (2023) Evaluation of the methane paradox in four adjacent pre-alpine lakes across a trophic gradient. Nat Commun. 14, 2165. doi: 10.1038/s41467-023-37861-7.
  38. Pelletier L., Strachan I.B., Garneau M., Roulet N.T. (2014), Carbon release from boreal peatland open water pools: Implication for the contemporary C exchange, J. Geophys. Res. Biogeosci. 119 (3), 207–222. doi: 10.1002/2013JG002423.
  39. Repo E., Huttunen J.T., Naumov A.V., Chichulin A.V., Lapshina E.D., Bleuten W., Martikainen P.J. (2007) Release of CO2 and CH4 from small wetland lakes in Western Siberia. Tellus B. 59 (5), 788–796. doi: 10.1111/j.1600-0889.2007.00301.x.
  40. Rosentreter J.A., Borges A.V., Deemer B.R., Holgerson M.A., Liu S., Song C., Melack J., Raymond P.A., Duarte C.M., Allen G.H., Olefeldt D., Poulter B., Battin T.I., Eyre B.D. (2021) Half of global methane emissions come from highly variable aquatic ecosystem sources. Nat. Geosci. 14 (4), 225–230. doi: 10.1038/s41561-021-00715-2.
  41. Sabrekov A.F., Runkle B.R.K., Glagolev M.V., Terentieva I.E., Stepanenko V.M., Kotsyurbenko O.R., Maksyutov S.S., Pokrovsky O.S. (2017) Variability in methane emissions from West Siberia’s shallow boreal lakes on a regional scale and its environmental controls. Biogeosciences. 14 (15), 3715–3742. doi: 10.5194/bg-14-3715-2017.
  42. Taillardat P., Linkhorst A., Deblois C., Prijac A., Gandois L., Tremblay A., Garneau M. A (2024) Carbon Source in a Carbon Sink: Carbon Dioxide and Methane Dynamics in Open‐Water Peatland Pools. Global Biogeochem. 38 (4), e2023GB007909. doi: 10.1029/2023GB007909.
  43. Weiss R.F. (1974) Carbon dioxide in water and seawater: The solubility of a non-ideal gas. Mar. Chem. 2 (3), 203–215. doi: 10.1016/0304-4203(74)90015-2.
  44. Wik M., Varner R.K., Anthony K.W., MacIntyre S., Bastviken D. (2016) Climate-sensitive northern lakes and ponds are critical components of methane release. Nat. Geosci. 9 (2), 99–105. doi: 10.1038/ngeo2578.
  45. Yamamoto S., Alkauskas J.B., Crosier T.E. (1976) Solubility of methane in distilled water and seawater. J. Chem. Eng. Data. 21 (1). 78–80.
  46. Zabelina S.A., Shirokova L.S., Klimov S.I., Chupakov A.V., Lim A.G., Polishchuk Yu.M., Polishchuk V.Yu., Bogdanov A.N., Muratov I.N., Guerin F., Karlsson J., Pokrovsky O.S. (2021) Carbon emission from thermokarst lakes in NE European tundra. Limnol. Oceanogr. 66 (S1), 216–230. doi: 10.1002/lno.11560.
  47. Zubov I.N., Orlov A.S., Selyanina S.B., Zabelina S.A., Ponomareva T.I. (2022) Redox potential and acidity of peat are key diagnostic physicochemical properties for the stratigraphic zones of a boreal raised bog. Mires and Peat. 28. doi: 10.19189/MaP.2020.GDC.StA.1987.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Карта-схема озера Северное. Местоположение точки отбора проб отмечено звездой.

Скачать (195KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Вертикальное распределение (а) – температуры воды и (б) – растворенного кислорода в разные сезоны года.

Скачать (155KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Вертикальное распределение (а) – концентраций CH4 и (б) – концентраций CO2 в разные сезоны года.

Скачать (169KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Сезонный ход (а) – поверхностных концентраций CH4 и (б) – поверхностных концентраций CO2. A – фактические измеренные концентрации; B – равновесные с атмосферой; C – границы периодов открытой воды и устойчивого ледового покрова.

Скачать (179KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Сезонный ход A – концентраций растворенного O2, B – температуры поверхностного слоя воды и C – средней месячной температуры воздуха по М-2 Холмогоры; D – границы периодов открытой воды и устойчивого ледового покрова.

Скачать (105KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».