First estimates of greenhouse gas fluxes associated with groundwater sources in permafrost of central Yakutia

  • Authors: Tananaev N.I.1,2, Krivenok L.A.3, Baishev N.E.3, Pavlova N.A.3
  • Affiliations:
    1. Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
    2. Камчатский государственный университет им. Витуса Беринга
    3. Институт физики атмосферы им. А.М. Обручева РАН
  • Issue: Vol 525, No 1 (2025)
  • Section: ATMOSPHERIC AND HYDROSPHERIC PHYSICS
  • Submitted: 25.07.2025
  • Accepted: 28.07.2025
  • Published: 20.08.2025
  • URL: https://journal-vniispk.ru/2686-7397/article/view/303214
  • ID: 303214

Cite item

Full Text

Abstract

Estimates of specific fluxes of methane and carbon dioxide into the atmosphere, associated with groundwater sources of continuous permafrost in central Yakutia were obtained for the first time. Average specific flux of methane from intensively emitting groundwater sources is 211±85 mgC·m-2·h-1, and carbon dioxide is 93±67 mgC·m-2·h-1, which significantly exceeds specific fluxes of these gases from many subaerial ecosystems. Dissolved methane concentration is also high and varies from 1.6 to 4.8 mg·L-1. Research results emphasize the importance of groundwater discharge areas as methane sources in continuous permafrost and indicate the need for their further study in order to more accurately account for its contribution to the overall greenhouse gas balance and establish the origin of greenhouse gases.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Nikita I. Tananaev

Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова; Камчатский государственный университет им. Витуса Беринга

Author for correspondence.
Email: tanni@s-vfu.ru
ORCID iD: 0000-0003-2997-0169
SPIN-code: 1859-8831
Scopus Author ID: 12782200000

Ph.D. (Geography), head of the Climate and Northern   ecosystems research laboratory

Russian Federation

Ludmila A. Krivenok

Институт физики атмосферы им. А.М. Обручева РАН

Email: krivenok@ifaran.ru
SPIN-code: 2062-8402
Russian Federation

Nyurgun E. Baishev

Email: nyurgunbaishev@mail.ru

Nadezhda A. Pavlova

Email: na-pavlova@mpi.ysn.ru

References

  1. Гарькуша Д.Н. Метан в подземных водах: образование, распределение, миграция и влияние добычи газа по технологии гидроразрыва пласта // Астраханский вестник экологического образования. 2021. №2(62). С. 72–88.
  2. Kulongoski J.T., McMahon P.B. Methane emissions from groundwater pumping in the USA // Nature Climate and Atmospheric Science. 2019. V. 2. Article No. 11.
  3. Barth-Naftilan E., Sohng J., Saiers J.E. Methane in groundwater before, during, and after hydraulic fracturing of the Marcellus Shale // Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). 2018. V. 115, №27. P. 6970–6975.
  4. Olid C., Rodellas V., Rocher-Ros G., et al. Groundwater discharge as a driver of methane emissions from Arctic lakes // Nature Communications. 2022. V. 13. Article №3667.
  5. Lecher A.L., Kessler J., Sparrow K., et al. Methane transport through submarine groundwater discharge to the North Pacific and Arctic Ocean at two Alaskan sites // Limnology and Oceanography. 2015. V. 61. № S1. P. S344–S355.
  6. Diak M., Böttcher M.E., Ehlert von Ahn C.M., et al. Permafrost and groundwater interaction: current state and future perspective // Frontiers in Earth Sciences. V. 11. Article №1254309.
  7. Kleber G.E., Hodson A.J., Magerl L., et al. Groundwater springs formed during glacial retreat are a large source of methane in the high Arctic // Nature Geoscience. 2023. V. 16. P. 597–604.
  8. Стрелецкая И.Д., Васильев А.А., Облогов Г.Е., и др. Метан в подземных льдах и мёрзлых отложениях на побережье и шельфе Карского моря // Лед и снег. 2018. Т. 58. №1. С. 65–77.
  9. Elder C.D., Thompson D.R., Thorpe A.K., et al. Characterizing methane emission hotspots from thawing permafrost // Global Biogeochemical Cycles. 2021. V. 35. № 12. Article № e2020GB006922.
  10. Heslop J.K., Walter Anthony K.M., Winkel M., et al. A synthesis of methane dynamics in thermokarst lake environments // Earth-Science Reviews. V. 210. Article № 103365.
  11. Diak M., Böttcher M.E., Ehlert von Ahn C.M. et al. Permafrost and groundwater interaction: current state and future perspective // Frontiers in Earth Science. 2023. V. 11. Article № 1254309.
  12. Sabrekov A.F., Terentieva I.E., McDermid G.J., et al. Methane in West Siberia terrestrial seeps: Origin, transport, and metabolic pathways of production // Global Change Biology. V. 29. № 18. P. 5334–5351.
  13. Павлова Н.А., Шепелев В.В., Галанин А.А., и др. Гидрохимия подземных вод надмерзлотно-межмерзлотного стока на участках их разгрузки (центральная Якутия) // Водные ресурсы. 2020. Т. 47. №4. С. 391–401.
  14. Ефимов А.И. Незамерзающий пресный источник Улахан-Тарын в Центральной Якутии // Исследования вечной мерзлоты в Якутской республике. М.: Изд-во АН СССР, 1952. Вып. 3. С. 60–105.
  15. Солдатова Е.А., Сидкина Е.С., Кирюхин Б.А., и др. Геохимические условия источника межмерзлотных вод Суллар: вторичное минералообразование и потоки метана. Известия ТПУ. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334. №10. С. 16–33.
  16. Tremblay A., Varfalvy L., Roehm C., et al. (eds.) Greenhouse gas emissions-fluxes and processes: hydroelectric reservoirs and natural environments. Berlin: Springer, 2005. 732 p.
  17. Bastviken D., Sundgren I., Natchimuthu S., et al. Technical Note: Cost-efficient approaches to measure carbon dioxide (CO2) fluxes and concentrations in terrestrial and aquatic environments using mini loggers // Biogeosciences. 2015. № 12. P. 3849–3859.
  18. Goldenfum J.A. (ed.) UNESCO/IHA GHG measurement guidelines for freshwater reservoirs. London: International Hydropower Association (IHA), 2010. 138 p. URL: https://www.hydropower.org/publications/ghg-measurement-guidelines-for-freshwater-reservoirs (09.09.24).
  19. Whiticar M. Carbon and hydrogen isotope systematics of bacterial formation and oxidation of methane // Chemical Geology. 1999. V. 161. P. 291–314.
  20. Takakai F., Desyatkin A., Larry Lopez C.M., et al. CH4 and N2O emissions from a forest-alas ecosystem in the permafrost taiga forest region, eastern Siberia, Russia // Journal of Biogeochemical Research: Biogeosciences. 2008. V. 113(G2). G02002.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) Russian Academy of Sciences

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».