Chemical Indication of the Processes of Freshet Runoff Formation in a Small Experimental Catchment in the Prilenskoe Plato, The Republic of Sakha (Yakutia)

V. V. Shamov; Шамов В. В.; T. N. Lutsenko; Луценко Т. Н.; L. S. Lebedeva; Лебедева Л. С.; A. M. Tarbeeva; Тарбеева А. М.; V. S. Efremov; Ефремов В. С.; N. A. Pavlova; Павлова Н. А.; M. I. Ksenofontova; Ксенофонтова М. И.

doi:10.31857/S0321059623030124

Химическая индикация процессов формирования стока половодья на малом экспериментальном водосборе Приленского плато, республика Саха (Якутия)

Авторы: Шамов В.В.¹^,2, Луценко Т.Н.¹, Лебедева Л.С.², Тарбеева А.М.³, Ефремов В.С.², Павлова Н.А.², Ксенофонтова М.И.⁴
Учреждения:
1. Тихоокеанский институт географии ДВО РАН
2. Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН
3. МГУ им. М.В. Ломоносова
4. Научно-исследовательский институт проблем экологии Севера Северо-восточного федерального университета
Выпуск: Том 50, № 3 (2023)
Страницы: 286-299
Раздел: ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ И РЕЖИМ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
URL: https://journal-vniispk.ru/0321-0596/article/view/134858
DOI: https://doi.org/10.31857/S0321059623030124
EDN: https://elibrary.ru/CXJXHW
ID: 134858

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Обсуждены теория, методы и некоторые результаты четырехлетних натурных исследований процессов формирования стока на перемерзающем малом экспериментальном речном водосборе в сплошной мощной (400 м) криолитозоне (Республика Саха (Якутия)) с помощью данных о химическом составе природных вод. Дан анализ сезонной и суточной динамики стока реки в теплый период, содержания некоторых растворенных веществ в различных типах вод, а также роли русловых расширений, озер, надмерзлотных вод и наледей в образовании стока. Описаны разные типы связи расходов воды и содержания некоторых растворенных веществ на фоне меняющихся гидротермических условий. Дана оценка участия непромерзающих озеровидных русловых расширений (бочагов) в регулировании весеннего стока воды и растворенных веществ. Обсуждена эффективность автоматической цифровой регистрации уровня, температуры и удельной электропроводности воды с высоким временны́м разрешением на гидрологических постах, особенно при изучении быстро протекающих процессов в реке.

Ключевые слова

стокоформирование, растворенные вещества, многолетняя мерзлота, малый водосбор, озеровидные русловые расширения (бочаги), индикация.

Список литературы

Анисимова Н.П., Павлова Н.А. Гидрогеохимические исследования криолитозоны Центральной Якутии. Новосибирск: Гео, 2014. 189 с.
Бойцов А.В. Условия формирования и режим склоновых таликов в Центральной Якутии // Криогидрогеологические исследования. Якутск: Ин-т мерзлотоведения СО АН СССР, 1985. С. 44–55.
Варламов С.П., Скачков Ю.Б., Скрябин П.Н. Результаты 35-летних мониторинговых исследований криолитозоны на стационаре “Чабыда” (Центральная Якутия) // Наука и образование. 2017. № 2. С. 34–40.
Гусев Е.М., Насонова О.Н., Джоган Л.Я. Сценарное прогнозирование изменения составляющих водного баланса в бассейне р. Лены в связи с возможным изменением климата // Вод. ресурсы. 2016. Т. 43. № 5. С. 476–487.
Иванов А.В. Криогенная метаморфизация состава природных льдов, замерзающих и талых вод. Хабаровск: Дальнаука, 1998. 164 с.
Кураков С.А. Система автономного мониторинга состояния окружающей среды // Датчики и системы. 2012. № 4 (155). С. 29–32.
Лебедева Л.С., Бажин К.И., Христофоров И.И., Абрамов А.А., Павлова Н.А., Ефремов В.С., Огонеров В.В., Тарбеева А.М., Федоров М.П., Нестерова Н.В., Макарьева О.М. Надмерзлотные субаэральные талики в бассейне реки Шестаковка (Центральная Якутия) // Криосфера Земли. 2019. Т. XXIII. № 1. С. 40–50.
Перельман А.Н., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея, 2000. 762 с.
Славинская Г.В., Селеменев В.Ф. Фульвокислоты природных вод. Воронеж: Воронежский ун-т, 2001. 165 с.
Тарбеева А.М., Лебедева Л.С., Ефремов В.С., Крыленко И.В., Сурков В.В., Шамов В.В., Луценко Т.Н. Условия и процессы формирования четковидного русла малой реки криолитозоны (на примере р. Шестакова, центральная Якутия) // Криосфера Земли. 2019. Т. XXIII. № 2. С. 38–49.
Филиппов В.Е., Васильев И.С. Перигляциальный рельеф Лено-Вилюйского междуречья // География и природ. ресурсы. 2006. № 4. С. 82–86.
Шепелёв В.В. Надмерзлотные воды криолитозоны. Новосибирск: ГЕО, 2011. 169 с.
Bieroza M., Heathwaite A. Seasonal variations in phosphorus concentration-discharge hysteresis inferred from high-frequency in situ monitoring // J. Hydrol. 2015. V. 524. P. 333–347. 2015https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2015.02.036
Bring A., Shiklomanov A., Lammers R.B. Pan-Arctic river discharge: Prioritizing monitoring of future climate change hot spots // Earth’s Future. 2017. V. 5. P. 72–92. https://doi.org/10.1002/2016EF000434
Brown K.A., Williams W.J., Carmack E.C., Fiske G., François R., McLennan D., Peucker-Ehrenbrink B. Geochemistry of small Canadian Arctic Rivers with diverse geological and hydrological settings // J. Geophys. Res.:iogeosci. 2020. V. 125. e2019JG005414. https://doi.org/10.1029/2019JG005414
Cartwright I., Morgenstern U., Hofmann H. Concentration versus streamflow trends of major ions and tritium in headwater streams as indicators of changing water stores // Hydrol. Process. 2020. V. 34. P. 485–505. https://doi.org/10.1002/hyp.13600
Clow D.W., Drever J. Weathering rates as a function of flow through an alpine soil // Chem. Geol. 1996. V. 132. P. 131–141. https://doi.org/10.1016/S0009-2541(96)00048-4
Creed I.F., McKnight D.M., Pellerin B.A., Green M.B., Bergamaschi B.A., Aiken G.R., Burns D.A., Findlay S.E.G., Shanley J.B., Striegl R.G., Aulenbach B.T., Clow D.W., Laudon H., McGlynn B.L., McGuire K.J., Smith R.A., Stackpoole S.M. The river as a chemostat: fresh perspectives on dissolved organic matter flowing down the river continuum // Can. J. Fish. Aquat. Sci. 2015. V. 72. P. 1272–1285. https://doi.org/10.1139/cjfas-2014-0400
Fabre C., Sauvage S., Noël G.E., Teisserenc R., Probst J.L., Pérez J.M.S., Tananaev N. Assessment of sediment and organic carbon exports into the Arctic ocean: the case of the Yenisei river basin // Water Res. 2019. V. 158. P. 118–135.
Georgiadi A.G., Kashutina E.A., Milyukova I.P. Long-term changes of water flow, water temperature and heat flux of the largest Siberian rivers // Polarforschung. 2017. V. 87. № 2. P. 167–176.
Godsey S.E., Kirchner J.W., Clow D.W. Concentration–discharge relationships reflect chemostatic characteristics of US catchments // Hydrol. Process. 2009. V. 23. P. 1844–1864. https://doi.org/10.1002/hyp.7315
Gonzalez-Nicolas A., Schwientek M., Sinsbeck M., Nowak W. Characterization of export regimes in concentration–discharge plots via an advanced time-series model and event-based sampling strategies // Water. 2021. V. 13(13). P. 1723. https://doi.org/10.3390/w13131723
Grimaldi C., Grimaldi M., Millet A., Bariac T., Boulègue J. Behaviour of chemical solutes during a storm in a rainforested headwater catchment // Hydrol. Process. 2004. V. 18. P. 93–106. https://doi.org/10.1002/hyp.1314
Hirst C., Andersson P.S., Kooijman E., Schmitt M., Kutscher L., Maximov T., Morth C.-M., Porcelli D. Iron isotopes reveal the sources of Fe-bearing particles and colloids in the Lena River basin // Geochim. Cosmochim. Acta. 2020. V. 269. P. 678–692.
Keller K., Blum J.D., Kling G.W. Stream geochemistry as an indicator of increasing permafrost thaw depth in Antarctic watershed // Chem. Geol. 2010. V. 273. P. 76–81.
Knapp J.L.A., von Freyberg J., Studer B., Kiewiet L., Kirchner J.W. Concentration-discharge relationships vary among hydrological events, reflecting differences in event characteristics // Hydrol. Earth Syst. Sci. 2020. V. 24. P. 2561–2576. https://doi.org/0.5194/hess-24-2561-2020
Lloyd C., Freer J., Johnes P., Coxon G., Collins A. Discharge and nutrient uncertainty: implications for nutrient flux estimation in small streams // Hydrol. Process. 2016. V. 30. P. 135–152. https://doi.org/10.1002/hyp.10574
Rice J.A., MacCarthy P. Statistical evaluation of the elemental composition of humic substances // Org. Geochem. 1991. V. 17 (5). P. 635–648.
Rode M., Wade A.J., Cohen M.J., Hensley R.T., Bowes M.J., Kirchner J.W., Arhonditsis G.B., Jordan P., Kronvang B., Halliday S.J., Skeﬃngton R.A., Rozemeijer J.C., Aubert A.H., Rinke K., Jomaa S. Sensors in the stream: the high-frequency wave of the present // Environ. Sci. Technol. 2016. V. 50. P. 10 297−10 307. https://doi.org/10.1021/acs.est.6b02155
Shogren A.J., Zarnetske J.P., Abbott B.W., Ianucci F., Frei R.J., Griffin N.A., Bowden W.B. Revealing biogeochemical signatures of Arctic landscapes with river chemistry // Nature. Sci. Rep. 2019. V. 9. P. 12894. https://doi.org/10.1038/s41598-019-49296-6
Stuefer S.L., Arp C.D., Kane D.L., Liljedahl A.K. Recent extreme runoff observations from coastal arctic watersheds in Alaska // Water Res. Res. 2017. V. 53. P. 9145–9163. https://doi.org/10.1002/2017WR020567
Tsyplenkov A., Vanmaercke M., Golosov V., Chalov S. Suspended sediment budget and intra-event sediment dynamics of a small glaciated mountainous catchment in the Northern Caucasus // J. Soils Sediments. 2020. 16 p. https://doi.org/10.1007/s11368-020-02633-z
Wild B., Andersson A., Bröder L., Vonk J., Hugelius G., McClelland J.W., Song W., Raymond P.A., Gustafsson Ö. Rivers across the Siberian Arctic unearth the patterns of carbon release from thawing permafrost // PNAS. 2019. V. 116 (21). P. 10280–10285.
Zhi W., Li L., Dong W., Brown W., Kaye J., Steefel C., Williams K.H. Distinct source water chemistry shapes contrasting concentration-discharge patterns // Water Resour. Res. 2019. V. 55. P. 4233–4251. https://doi.org/10.1029/2018WR024257