Механизм выбросов метана при поверхностном замерзании осенью

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В настоящее время одной из глобальных экологических проблем является глобальное потепление, вызванное повышенной концентрацией парниковых газов в атмосфере. Метан является одним из ключевых газов, влияющих на климатические изменения. Концентрация метана значительно увеличилась в атмосфере за последние 20 лет и продолжает увеличиваться до сих пор. Ученые и политики всего мира обеспокоены данной проблемой и ищут способы решения глобального потепления. Под общей тенденцией глобального потепления изучение характеристик выбросов метана в промерзающих породах имеет большое значение для точной оценки и прогнозирования содержания парниковых газов в атмосфере. Предметом данного исследования является механизм выброса метана при поверхностном замерзании в осенний период времени. Объектом данного исследования является выброс метана в условиях замерзания. В данной работе в качестве метода исследования выбросов метана рассматривается уникальный программный комплекс Solidworks, который предполагает его использование в таких направлениях, как инженерная геология, мерзлотоведение, грунтоведение и др. Научная новизна данного исследования заключается в том, что в нем разрабатываются механизмы выброса метана при изменении температуры осенью с разных поверхностей: с поверхности водоемов и с поверхности почвы, также в статье предлагаются методы по контролю данного механизма и управлению метановыми выбросами при сезонном похолодании. Кроме того, представлена сравнительная таблица факторов, влияющих на выбросы метана в водоемах и почве при поверхностном замерзании осенью. Делается вывод о возможности приведения данных факторов к единому знаменателю и применении ко всем элементам экосистемы. Для разработки механизмов выбросов метана в данной работе были изучены актуальные научные и опытные исследования последних пяти-десяти лет, такие как замеры метана в торфяниках Китая и Японии, на озере Кортовское (Польша), на Северной Аляске, в тундре и условиях вечной мерзлоты. Результатами данного исследования являются схемы выбросов метана при замерзании почвы и водоема в осенний период времени. Было выявлено, что факторы влияющие на метаногенез и для почвы, и для водоемов имеют схожее происхождение, что связано с тем, что они находятся в одной экосистеме.

Об авторах

Чэнчжэн Ли

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: lichenzheng0912@gmail.com
аспирант; кафедра Геокриология;

Анатолий Викторович Брушков

Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: brouchkov@hotmail.com
зав. кафедрой; кафедра геокриология;

Виктор Григорьевич Чеверев

Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: cheverev44@mail.ru
зав. кафедрой; кафедра геокриология;

Юньхан Ло

Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова

Email: lyhmsu@mail.ru
аспирант; кафедра геокриология;

Андрей Владимирович Соколов

ООО «НИИИТ»

Email: sok44@yandex.ru
Главный инженер - ведущий специалист по газоаналит; ООО «НИИИТ»;

Список литературы

  1. Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Электронный ресурс. URL: https://www.ipcc.ch/ (дата обращения: 23.07.2024).
  2. Synthesis Report AR6. Climate Change 2023 // Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Электронный ресурс. URL: https://www.ipcc.ch/report/ar6/syr/resources/spm-headline-statements (дата обращения: 23.07.2024).
  3. Yang M. H., Ya T. D., Hirose N., Hideyuki F. Daily freeze-thaw cycle of the surface soil layer on the Qinghai-Tibet Plateau // Chinese Science Bulletin. 2006. № 51. С. 1974-1976.
  4. Никитина Е. Н. Изменение климата в Арктике: адаптация в ответ на новые вызовы // Контуры глобальных трансформаций: политика, экономика, право. 2019. № 5. С. 177-200. doi: 10.23932/2542-0240-2019-12-5-177-200 EDN: OISKHG.
  5. Влад И. В., Шароватов А. А. Вопросы предотвращения последствий глобального изменения климата в Арктике // Инновации и инвестиции. 2023. № 1. EDN: LFVAWK.
  6. Папцова И. И., Каманин В. М. Воздействие изменения климата на арктические экосистемы и оценки эмиссии парниковых газов при использовании морских судов // Труды Крыловского государственного научного центра. 2021. № S1. doi: 10.24937/2542-2324-2021-1-S-I-252-254 EDN: WDGCWV.
  7. Sauer S., Hong W.-L., Yao H., Lepland A., Klug M., Eichinger F., Himmler T., Crémière A., Panieri G., Schubert C. J., Knies J. Methane transport and sources in an Arctic deep-water cold seep offshore NW Svalbard (Vestnesa Ridge, 79°N) // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 2021. V. 167. P. 103430. doi: 10.1016/j.dsr.2020.103430. EDN: PRCHSU.
  8. Бодански Д. Интервенции в области изменения климата Арктики // Международный журнал морского и прибрежного права. 2020. № 35(3). С. 596-617.
  9. Methane, explained. National Geographic. Электронный ресурс. URL: https://www.nationalgeographic.com/environment/global-warming/methane/ (дата обращения: 23.01.2025).
  10. Office of Air and Radiation, US EPA (October 7, 1999). U.S. Methane Emissions 1990-2020: Inventories, Projections, and Opportunities for Reductions (EPA 430-R-99-013). URL: https://www.ourenergypolicy.org/wp-content/uploads/2013/07/EPA-Methane-Emissions-1990-2020.pdf (дата обращения: 04.02.2025).
  11. Руководство пользователя по оценке выбросов углекислого газа, метана и закиси азота в сельском хозяйстве с использованием инструмента государственного кадастра (PDF). URL: https://www.epa.gov/sites/production/files/2017-12/documents/ag_module_users_guide.pdf (дата обращения: 11.02.2025).
  12. Buhaug H., von Uexkull N. Vicious Circles: Violence, Vulnerability, and Climate Change // Annual Review of Environment and Resources. 2021. № 46. doi: 10.1146/annurev-environ-012220-014708. EDN: QDQOJM.
  13. Sorensen P. O., Finzi A. C., Giasson M.-A., Reinmann A. B., Sanders-DeMott R., Templer P. H. Winter soil freeze-thaw cycles lead to reductions in soil microbial biomass and activity not compensated for by soil warming // Soil Biology and Biochemistry. 2018. № 116. С. 39-47. doi: 10.1016/j.soilbio.2017.09.026.
  14. Mastepanov M., Sigsgaard C., Dlugokencky E., Houweling S., Ström L., Tamstorf M., Christensen T. R. Large tundra methane burst during onset of freezing // Nature. 2009. № 456. С. 628-630. doi: 10.1038/nature07464. EDN: MLZBOB.
  15. Arndt K., Oechel W., Goodrich J., Bailey B., Kalhori A., Hashemi J., Sweeney C., Zona D. Increased methane emissions due to later soil freezing in Arctic tundra ecosystems. 2019.
  16. Ли Ч., Брушков А., Чеверев В., Соколов А., Ли К. Эмиссия метана и углекислого газа при замерзании почвы без вечной мерзлоты // Энергии. 2022. № 15. С. 2693. doi: 10.3390/en15072693.
  17. Ragg R., Peeters F., Ingwersen J., Teiber-Sießegger P., Hofmann H. Interannual Variability of Methane Storage and Emission During Autumn Overturn in a Small Lake // Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 2021. № 126. doi: 10.1029/2021JG006388. EDN: CEEHFB.
  18. Скверавски А. Сезонная и годовая изменчивость выбросов метана в атмосферу с поверхности эвтрофного озера, расположенного в умеренной зоне (озеро Кортовское, Польша). 2024. doi: 10.5194/egusphere-2024-1786.
  19. Kuttim M., Hofsommer M. L., Robroek B. J. M., Signarbieux C., Jassey V. E. J., Laine A. M. Freeze-thaw cycles simultaneously reduce carbon uptake by peatland photosynthesis and ecosystem respiration // Boreal Environ. 2017. № 22. С. 267-276. EDN: YFSEUZ.
  20. Tokida T., Mizoguchi M., Miyazaki T., Kagemoto A., Nagata O., Hatano R. Episodic methane ejection from peatlands during spring thaw // Chemosphere. 2007. № 70. С. 165-171. doi: 10.1016/j.chemosphere.2007.06.042. EDN: LZXJYR.
  21. Mikhailov-Fletcher S., Tans P., Brachwiler L., Miller J., Neumann M. CH4 sources estimated from atmospheric CH4 observations and its C-13/C-12 isotope ratios: 1. Inverse modeling of source processes // Global Biogeochemical Cycles. 2004. Vol. 18. № 18.
  22. Официальный сайт Solidworks. Электронный ресурс. URL: https://www.solidworks.com/ (дата обращения: 11.02.2025).
  23. Черных Д., Саломатин А., Юсупов В., Шахова Н., Космач Д., Дударев О., Гершелис Е., Силионов В., Ананьев Р., Семилетов И. Акустические исследования глубоководных газовых факлов Охотского моря // Вестник Томского политехнического университета "Инжиниринг геологических активов". 2021. № 332. С. 57-68. DOI: 18799/24131830/2021/10/3286.
  24. Лейфер И., Черных Д., Шахова Н., Семилетов И. Оценка потока газа гидролокатором с помощью пузырьковой инсонификации: применение к потоку пузырьков метана из областей просачивания во внешнем море Лаптевых // Криосфера. 2017. Т. 11. № 3. С. 1333-1350.
  25. Макаров М., Муякшин С., Кучер К., Асламов И., Гранин Н. Исследование газового сипа Исток на Селенгинском мелководье активными акустическими, пассивными акустическими и оптическими методами // Журнал исследований Великих озер. 2020. Т. 46. С. 95-101.
  26. Veloso M., Greinert J., Mienert J., De Batist M. A new methodology for quantifying bubble flow rates in deep water using split-beam echosounders: Examples from the Arctic offshore NW-Svalbard // Limnology and Oceanography-Methods. 2015. V. 13. № 6. С. 267-287. doi: 10.1002/lom3.10024. EDN: UONQKV.
  27. Huang Y., Cui J., Zhima Z., Jiang D., Wang X., Wang L. Construction of a Fine Extraction Process for Seismic Methane Anomalies Based on Remote Sensing: The Case of the 6 February 2023, Türkiye-Syria Earthquake // Remote Sensing. 2024. № 16. С. 29-36. doi: 10.3390/rs16162936. EDN: SBPIWR.
  28. Eshkuvatov H., Ahmedov B., Shah M., Begmatova D., Jamjareegulgarn P., Melgarejo-Morales A. Exploring Electromagnetic Wave Propagation Through the Ionosphere Over Seismic Active Zones // Pure Application Geophysics. 2024. № 1-15.
  29. Myrvoll-Nilsen E., Sørbye S. H., Fredriksen H. B., Rue H., Rypdal M. Statistical estimation of global surface temperature response to forcing under the assumption of temporal scaling // Earth System Dynamics. 2020. V. 11. № 2. С. 329-345. doi: 10.5194/esd-11-329-2020. EDN: OAXWBE.
  30. Von Uexkull N., Buhaug H. Security implications of climate change: A decade of scientific progress // Journal of Peace Research. 2021. № 58(1). С. 3-17. doi: 10.1177/0022343320984210. EDN: ZVWXNW.
  31. Yang Zao, Zhu Dan, Liu Liangfeng, Liu Xinwei, Chen Huai. The Effects of Freeze-Thaw Cycles on Methane Emissions From Peat Soils of a High-Altitude Peatland // Frontiers in Earth Science. 2022. № 10. doi: 10.3389/feart.2022.850220. EDN: MUAYOF.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

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».