CC BY
80
УДК 631.41
М. В. Глаголев, И. Е. Клепцова, В. С. Казанцев, И. В. Филиппов, Ш. Ш. Максютов ЭМИССИЯ МЕТАНА ИЗ БОЛОТНЫХ ЛАНДШАФТОВ ТУНДРЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Приведены экспериментальные данные по удельным потокам метана с болотных ландшафтов тундры Западной Сибири в летний и зимний периоды. Рассмотрена возможность адсорбции метана снежным покровом. Региональный поток, рассчитанный по «стандартной модели» Вс7, с данной территории оценен в 0.16 МтСН4/год, что составляет приблизительно 5 % от эмиссии болотами всей Западной Сибири.
Ключевые слова: эмиссия метана, адсорбция снежным покровом, региональный поток, тундра, Западная Сибирь.
Введение
Интерес к изучению цикла метана обусловлен значительным влиянием этого газа на фотохимию атмосферы и глобальное изменение климата. Хотя его концентрация в атмосфере существенно меньше, чем С02, по величине прямого потенциала глобального потепления метан в 39 раз (для периода 20 лет) превышает углекислый газ [11-
Одним из мощнейших естественных источников метана являются болота. Они покрывают 27 % территории Западной Сибири, в том числе 29 % в зоне тундры [2]. При этом авторам известна лишь одна публикация [3], содержащая экспериментальные данные об эмиссии метана Западно-Сибирской тундрой.
Целью цикла наших работ последних лет являлась оценка регионального потока СН4 с болотных ландшафтов Западной Сибири. Задача данного исследования заключается в измерении потоков метана из болот Западно-Сибирской тундры.
Объекты и методы
Измерения проводились в течение августа 2009 г. на мезотрофном массиве (41 измерение) и в озерах (33 измерения) зоны тундры. В декабре 2009 г. были проведены зимние измерения на олиготрофном болотном массиве (68 измерений).
Ключевой участок, на котором проводились измерения, был выбран при помощи имеющихся картографических материалов [4, 5], а также литературных данных [6]. Кроме того, были использованы материалы космической съемки высокого пространственного разрешения Ьа^8а1 5 ТМ за 2006-2008 гг. [7]. Ключевой участок расположен в 35 км на ЮЮВ от п. Т азовский (Ямало-Ненецкий автономный округ). Для него характерны мезотрофные и олиготрофные болотные ландшафты, занимающие примерно равные площади на правобережной террасе р. Лукыяха (левый приток р. Таз). Плоскобугристые комплексы приурочены к незначительным площадям.
Слабодренированные водоразделы заняты обводненными мезотрофными осоково-гипновыми топями «северного типа», крупноосоковыми хасыреями и олиготрофными осоково-пушицево-сфагновыми топями «северного типа». Последние в целом сходны по строению и жизненным формам растений с таковыми в типичных олиготрофных топях. Однако при-
сутствует ряд отличий в видовом списке растений: на место Carex limosa приходит C. rotundata, шейхцерия полностью исчезает из растительного сообщества. Ощутимую роль (в некоторых случаях доминирующую) играет Eriophorum russeolum, в южных топях присутствующая почти всегда только в качестве примеси. В сфагновом покрове основным доминантом становится Sphagnum lindbergii, остальные топяные сфагновые мхи переходят в подчиненное положение. В некоторых случаях в моховом покрове таких топей существенную роль играет Warnstorfia fluitans.
На участках водоразделов, дренированных густой сетью хорошо врезанных рек, понижения в рельефе и долины самих рек и ручьев занимают небольшие мелкозалежные болота. Растительность таких долинных болот представлена мезотрофными ивняками с выраженным моховым ярусом. Торфяная залежь маломощная - от десятков сантиметров до метра.
Кроме болот, измерения проводились на первичных (с минеральным дном) внутриболотных озерах.
При измерениях использовался метод статических камер [8]. Кубические камеры из оргстекла (длина ребра - 40 см) устанавливались на основания из нержавеющей стали (летом) либо непосредственно в снег на глубину 15 см (зимой). При каждом измерении производился отбор 4 проб газа (общее время экспозиции составляло 30-45 мин). Концентрация метана определялась в лабораторных условиях на хроматографе «Кристалл-5000», снабженном пламенно-ионизационным детектором. Поток метана вычислялся методом линейной регрессии в координатах концентрация-время [9]. Региональный поток метана рассчитывался для каждой конкретной зоны как сумма характерных удельных потоков метана с различных типов микроландшафта, умноженных на площади их распространения и периоды эмиссии метана
[10]. В мезотрофном массиве и озерах в летный период определяли параметры окружающей среды: pH и электропроводность с помощью портативного pH-метра-кондуктометра Combo «Hanna 98129», концентрацию растворенного кислорода термооксиметром «Экотест-2000» («ЭКОНИКС», Россия) и температурный профиль электронными датчиками «TERMOCHRON» iButton DS 1921-1922 (DALLAS Semiconductor, США). В зимний период на олигот-
рофном массиве определялись: температурный профиль снежного покрова и температура воздуха. Результаты и обсуждение Результаты измерений потоков приведены в табл. 1-3; положительные потоки обозначают выделение метана в атмосферу, отрицательные - его поглощение
снежным покровом. Некоторые статистические параметры распределений приведены в табл. 4, 5.
Отрицательные потоки метана были обнаружены в зимний период, когда снежный покров и низкие температуры препятствовали развитию активных биологических процессов. Следовательно, можно предпо-
Таблица 1
Эмиссия СИ4 из мезотрофной топи (точка Тах.ЫехА; 67.1801° с. ш., 78.9162° в. д.; преобладают Е. ап§І8Іо£о1іиш, С. сапе8сеш, Е. 8ЬаісЬсегіі) 26.08.09.
Т х воздуха Температура на глубине Ь, см 1 УБВ 2) Эмиссия метана, мгС/м2/ч
0 5 15 Среднее 8ТБ
17.0 10.3 7.8 6.3 -10 4.69 0.14
17.0 10.3 7.8 6.3 -9 3.10 0.09
17.0 10.3 7.8 6.3 -10 5.02 0.15
17.0 10.3 7.8 6.3 -9 3.35 0.70
17.0 10.3 7.8 6.3 -10 4.95 0.15
17.0 10.3 7.8 6.3 -9 3.04 0.16
17.0 10.3 7.8 6.3 -10 4.92 0.15
17.0 10.3 7.8 6.3 -9 3.26 0.10
17.0 10.3 7.8 6.3 -10 4.84 0.15
17.0 10.3 7.8 6.3 -9 3.41 0.10
17.0 10.3 7.8 6.3 -10 5.26 0.16
17.0 10.3 7.8 6.3 -9 3.43 0.10
17.0 10.3 7.8 6.3 -10 5.21 0.16
17.0 10.3 7.8 6.3 -9 3.15 0.14
17.0 10.3 7.8 6.3 -10 5.29 0.16
17.0 10.3 7.8 6.3 -9 3.75 0.29
17.0 12.2 9.0 6.7 -10 4.97 0.15
17.0 12.2 9.0 6.7 -9 3.46 0.10
17.0 12.2 9.0 6.7 -10 4.92 0.15
17.0 12.2 9.0 6.7 -9 3.36 0.10
17.0 12.2 9.0 6.7 -10 5.55 0.17
17.0 12.2 9.0 6.7 -9 3.62 0.11
17.0 12.2 9.0 6.7 -10 5.38 0.16
17.0 12.2 9.0 6.7 -9 3.47 0.10
17.0 12.2 9.0 6.7 -10 5.10 0.15
17.0 12.2 9.0 6.7 -9 3.34 0.10
19.0 12.2 9.0 6.7 -10 5.26 0.16
19.0 12.2 9.0 6.7 -9 3.46 0.10
19.0 13.3 10.1 7.1 -10 5.18 0.16
19.0 13.3 10.1 7.1 -9 3.47 0.10
19.0 13.3 10.1 7.1 -10 5.37 0.16
19.0 13.3 10.1 7.1 -9 3.72 0.11
19.0 13.3 10.1 7.1 -10 5.29 0.16
19.0 13.3 10.1 7.1 -9 3.36 0.10
19.0 13.3 10.1 7.1 -10 5.11 0.15
19.0 13.3 10.1 7.1 -9 3.66 0.11
19.0 13.3 10.1 7.1 -10 5.01 0.18
19.0 13.3 10.1 7.1 -9 3.76 0.17
19.0 11.0 9.7 7.5 -10 4.98 0.15
19.0 11.0 9.7 7.5 -9 3.34 0.10
19.0 11.0 9.7 7.5 -10 4.34 0.33
Примечание: 11 температура на глубине 45 см = 1.8 °С; 21 «+» и «-» обозначают ситуации, когда уровень болотных вод (УБВ) соответственно ниже и выше усредненной поверхности мха.
Таблица 2
Эмиссия СИ4 из тундровых озер в августе 2009 года
Точка Дата Координаты Т х воздуха Температура на глубине Ь (см) Эмиссия метана, мгС/м2/ч
Широта Долгота 0 5 15 45 Сре- днее 8ТБ
Та2.02.2 22 67.17510 78.94927 11 17.3 17.7 н.д. 15.5 1.60 1.57
Та2.02.2 22 67.17510 78.94927 11 17.1 17.5 н.д. 15.5 4.27 0.71
Та2.02.2 22 67.17510 78.94927 11 17.1 17.5 н.д. 15.1 0.64 0.17
Та2.02.2 22 67.17510 78.94927 11 17.0 17.4 н.д. 15.0 0.32 0.19
Та2.02.2 22 67.17510 78.94927 11 16.9 17.3 н.д. 15.0 1.42 0.07
Та2.02.3 23 67.17677 78.91213 21 18.5 18.5 17.9 15.8 1.65 0.67
Та2.02.3 23 67.17677 78.91213 21 18.5 18.5 17.9 15.8 2.00 0.52
Та2.02.3 23 67.17677 78.91213 21 18.5 18.5 17.9 15.8 1.47 0.22
Та2.02.3 23 67.17677 78.91213 21 18.5 18.5 17.9 15.8 1.07 0.23
Та2.02.3 23 67.17677 78.91213 20 18.5 18.5 17.9 15.8 1.06 0.23
Та2.02.3 23 67.17677 78.91213 20 18.5 18.5 17.9 15.8 1.09 0.19
Та2.02.4 23 67.18975 78.91892 20 20.2 19.0 18.7 15.8 0.66 0.61
Та2.02.4 23 67.18975 78.91892 20 20.2 19.0 18.7 15.8 0.72 0.36
Та2.02.4 23 67.18975 78.91892 20 20.2 19.0 18.7 15.8 0.60 0.21
Та2.02.4 23 67.18975 78.91892 20 20.2 19.0 18.7 15.8 0.25 0.24
Та2.02.4 23 67.18975 78.91892 20 20.2 19.0 18.7 15.8 0.52 0.10
Та2.02.4 23 67.18975 78.91892 21 20.2 19.0 18.7 15.8 0.81 0.12
Та2.02.4 23 67.18975 78.91892 21 20.2 19.0 18.7 15.8 0.57 0.41
Та2.02.5 24 67.19005 78.92262 21 19.5 20.2 20.2 19.9 0.45 0.05
Та2.02.5 24 67.19005 78.92262 21 19.5 20.2 20.2 19.9 0.60 0.26
Та2.02.5 24 67.19005 78.92262 22 19.5 20.2 20.2 19.9 0.34 0.27
Та2.02.5 24 67.19005 78.92262 22 19.5 20.2 20.2 19.9 0.73 0.02
Та2.02.5 24 67.19005 78.92262 22 19.5 20.2 20.2 19.9 0.08 0.24
Та2.02.5 24 67.19005 78.92262 22 19.5 20.2 20.2 19.9 0.34 0.10
Та2.02.6.1 25 67.19312 78.91907 16 17.4 17.4 17.6 17.6 0.81 0.18
Та2.02.6.1 25 67.19312 78.91907 16 17.4 17.4 17.6 17.6 0.08 0.13
Та2.02.6.1 25 67.19312 78.91907 16 17.4 17.4 17.6 17.6 0.31 0.53
Та2.02.6.2 25 67.19507 78.92113 16 17.9 17.9 18.0 18.0 0.01 0.21
Та2.02.6.2 25 67.19507 78.92113 16 17.9 17.9 18.0 18.0 0.60 0.16
Та2.02.6.2 25 67.19507 78.92113 19 17.9 17.9 18.0 18.0 0.74 0.26
Та2.02.6.2 25 67.19507 78.92113 19 17.9 17.9 18.0 18.0 0.39 0.29
Та2.02.6.2 25 67.19507 78.92113 19 17.9 17.9 18.0 18.0 0.90 0.48
Та2.02.6.2 25 67.19507 78.92113 19 17.9 17.9 18.0 18.0 0.09 0.24
ложить, что происходила адсорбция метана снежным покровом (явление адсорбции СН4 снегом хорошо известно и применяется в лабораторной практике для измерения величины удельной поверхности снега
[11]). В этом случае потоки, вероятно, должны были зависеть от разности температур воздуха (Твоз) и снега (Т ): если в начале измерений Т > Т в каме-
4 пов' Г воз пов
ре, то Тпов будет возрастать, что приведет к десорбции
СН4 из снега в атмосферу камеры, вследствие чего
должны фиксироваться положительные потоки. Если
же Т < Т , то Т будет уменьшаться, а значит, девоз пов пов
сорбция не проявится и должны фиксироваться отрицательные потоки, отражающие адсорбцию.
Действительно, после усреднения потоков (для каждой наблюдавшейся разности Твоз-Тпов) был зафиксирован незначительный тренд зависимости этой разности от температуры: чем больше была разность (Твоз-Тпов), тем, вообще говоря, более отрицательным было значение потока, хотя из-за малости абсолютных величин потоков эта закономерность затушевывалась существенной относительной погрешностью измерений. С другой стороны, вследствие близости
Таблица 3
Эмиссия метана из олиготрофного массива в декабре 2009 года
Точка Дата Координаты & О а н Температура на глубине И (см) Эмиссия метана, мгС/м2/ч
Широта Долгота 0 5 15 н С р д і 8ТБ
Тл01.5.1 7 67.40142 78.64114 -34.0 -34.0 !> 8. - н. д. -0.01 0.01
Тл01.5.1 7 67.40142 78.64114 -34.1 -34.1 -8.01) н. д. -0.06 0.01
Тл01.5.1 7 67.40142 78.64114 -34.9 -35.1 1.0 8. - н. д. 0.33 0.42
Тл01.5.1 7 67.40142 78.64114 -35.8 -36.1 -8.01)м н. д. 0.03 0.07
Тл01.5.1 7 67.40142 78.64114 -36.1 -36.2 1.0 8. - н. д. 0.44 0.22
Тл01.5.1 7 67.40142 78.64114 -36.1 -36.3 1.6 8. - н. д. 0.00 0.04
Тл01.5.1 8 67.40142 78.64114 -39.0 -37.1 -28.2 -15.2 -0.07 0.01
Тл01.5.1 8 67.40142 78.64114 -39.5 -37.5 -28.4 -14.1 0.48 0.22
Тл01.5.2 7 67.40142 78.64119 -34.1 -34.1 1.0 8. - н. д. -0.04 0.01
Тл01.5.2 7 67.40142 78.64119 -34.9 -35.1 -8.01) н. д. 0.11 0.06
Тл01.5.2 7 67.40142 78.64119 -35.8 -36.1 1.0 8. - н. д. -0.03 0.01
Тл01.5.2 7 67.40142 78.64119 -36.1 -36.2 1.0 8. - н. д. -0.19 0.23
Тл01.5.2 7 67.40142 78.64119 -36.2 -36.3 1.2 8. - н. д. -0.06 0.01
Тл01.5.2 8 67.40142 78.64119 -39.0 -37.1 -28.2 -15.2 0.38 0.08
Тл01.5.2 8 67.40142 78.64119 -39.5 -37.5 -28.4 -14.1 0.70 0.16
Т7.01.4.12) 8 67.42336 78.64881 -39.4 -39.9 -34.1 -27.9 0.17 0.10
Т7.01.4.12) 8 67.42336 78.64881 -40.0 -40.0 -31.8 -23.3 0.42 0.17
Т7.01.4.22) 8 67.42339 78.64881 -39.3 -39.9 -34.5 -28.9 0.46 0.11
Т7.01.4.22) 8 67.42339 78.64881 -40.0 -40.0 -31.8 -23.3 -0.04 0.01
Тл01.4.3 10 67.42339 78.64886 -32.6 -31.0 -25.5 -15.5 -0.03 0.01
Тл01.4.3 10 67.42339 78.64886 -33.8 -31.8 -25.5 -15.5 0.10 0.01
Тл01.4.3 10 67.42339 78.64886 -35.2 -33.0 -25.8 -15.5 -0.04 0.01
Тл01.4.3 10 67.42339 78.64886 -36.4 -33.5 -26.1 -15.5 -0.05 0.01
Т7.01.4.3 10 67.42339 78.64886 -36.6 -33.5 -26.9 -15.8 -0.03 0.01
Т7.01.4.4 10 67.42339 78.64889 -32.6 -31.0 -25.5 -15.5 -0.04 0.01
Т7.01.4.4 10 67.42339 78.64889 -33.8 -31.8 -25.5 -15.5 0.00 0.01
Т7.01.4.4 10 67.42339 78.64889 -35.2 -33.0 -25.8 -15.5 0.11 0.20
Т7.01.4.4 10 67.42339 78.64889 -36.4 -33.5 -26.1 -15.5 -0.03 0.01
Т7.01.4.4 10 67.42339 78.64889 -36.6 -33.5 -26.9 -15.8 0.55 0.87
Т7.01.2.1 13 67.46244 78.65197 -36.2 -36.3 -29.9 -14.2 0.58 0.16
Т7.01.2.1 13 67.46244 78.65197 -35.0 -35.0 -28.5 -13.5 -0.01 0.01
Т7.01.2.2 13 67.46247 78.65197 -36.1 -36.2 -31.8 -14.5 0.14 0.13
Т7.01.2.2 13 67.46247 78.65197 -35.5 -35.5 -29.0 -13.7 0.04 0.02
Т7.01.2.3 14 67.46247 78.65189 -27.0 -26.3 -22.8 -11.0 0.00 0.01
Т7.01.2.3 14 67.46247 78.65189 -27.0 -26.1 -22.2 -11.0 -0.01 0.01
Т7.01.2.3 14 67.46247 78.65189 -27.0 -26.0 -21.6 -10.6 -0.03 0.01
Т7.01.2.3 14 67.46247 78.65189 -27.0 -26.4 -21.4 -10.5 0.17 0.15
Т7.01.2.3 14 67.46247 78.65189 -26.6 -25.8 -21.0 -10.5 0.26 0.09
Т7.01.2.3 14 67.46247 78.65189 -26.1 -25.3 -21.0 -10.4 0.19 0.10
Т7.01.2.4 14 67.46250 78.65197 -27.0 -26.3 -22.8 -11.0 0.08 0.24
Т7.01.2.4 14 67.46250 78.65197 -27.0 -26.1 -22.2 -11.0 0.21 0.06
Т7.01.2.4 14 67.46250 78.65197 -27.0 -26.0 -21.6 -10.6 0.06 0.16
Т7.01.2.4 14 67.46250 78.65197 -27.0 -26.3 -21.3 -10.5 0.04 0.04
Т7.01.2.4 14 67.46250 78.65197 -26.6 -25.8 -21.0 -10.5 0.09 0.01
Т7.01.2.4 14 67.46250 78.65197 -26.1 -25.3 -21.0 -10.4 0.13 0.09
Окончание табл.3
Точка Дата Координаты Т А воздуха Температура на глубине h (см) Эмиссия метана, мгС/м2/час
Широта Долгота 0 5 15 Средне е STD
Tz.Ol.2.5 15 67.46242 78.65178 -18.2 -18.0 -17.4 -11.5 -0.01 0.01
Tz.Ol.2.5 15 67.46242 78.65178 -17.1 -16.8 -17.0 -11.0 -0.17 0.01
Tz.Ol.2.5 15 67.46242 78.65178 -16.4 -16.7 -16.8 -11.3 0.04 0.56
Tz.Ol.2.5 15 67.46242 78.65178 -16.0 -16.3 -16.1 -10.3 0.00 0.05
Tz.Ol.2.5 15 67.46242 78.65178 -16.0 -16.0 -15.8 -10.0 -0.05 0.01
Tz.Ol.2.6 15 67.46244 78.65181 -18.2 -18.0 -17.4 -11.5 -0.09 0.01
Tz.Ol.2.6 15 67.46244 78.65181 -17.7 -17.5 -17.4 -11.1 -0.01 0.01
Tz.Ol.2.6 15 67.46244 78.65181 -17.1 -16.8 -17.0 -11.0 -0.01 0.01
Tz.Ol.2.6 15 67.46244 78.65181 -16.4 -16.7 -16.8 -11.3 -0.04 0.01
Tz.Ol.2.6 15 67.46244 78.65181 -16.0 -16.3 -16.1 -10.3 -0.07 0.01
Tz.Ol.2.6 15 67.46244 78.65181 -15.8 -16.0 -15.6 -10.2 -0.01 0.01
Tz.Ol.1.1 17 67.46417 78.65353 -23.9 -22.4 -20.4 -9.0 0.21 0.11
Tz.Ol.1.1 17 67.46417 78.65353 -22.6 -21.6 -19.7 -8.7 -0.04 0.01
Tz.Ol.1.1 17 67.46417 78.65353 -20.9 -18.5 -16.7 -8.0 -0.06 0.01
Tz.Ol.1.1 17 67.46417 78.65353 -19.3 -18.0 -16.1 -7.8 -0.04 0.01
Tz.Ol.1.1 17 67.46417 78.65353 -16.7 -17.5 -15.9 -7.5 -0.01 0.02
Tz.Ol.1.1 17 67.46417 78.65353 -14.3 -16.6 -15.3 -7.5 0.11 0.13
Tz.Ol. 1.2 17 67.46417 78.65344 -23.9 -22.4 -20.4 -9.0 0.03 0.02
Tz.Ol. 1.2 17 67.46417 78.65344 -22.6 -21.6 -19.7 -8.7 0.10 0.04
Tz.Ol. 1.2 17 67.46417 78.65344 -20.9 -18.5 -16.7 -8.0 -0.04 0.01
Tz.Ol. 1.2 17 67.46417 78.65344 -18.8 -18.0 -16.1 -7.7 0.00 0.01
Tz.Ol. 1.2 17 67.46417 78.65344 -16.7 -17.5 -15.9 -7.5 0.00 0.01
Tz.Ol. 1.2 17 67.46417 78.65344 -14.3 -16.6 -15.3 -7.5 0.00 0.01
Примечание: 11 температура на глубине h2=30 см; 21 температура на глубине 45 см = -4 °С.
медианы распределения зимних потоков с олиготроф-ного массива к нулю этими потоками можно пренебречь при подсчете годовой эмиссии метана.
Чтобы определить главные факторы окружающей среды, контролирующие эмиссию из озер, использовался метод пошаговой регрессии. В течение первого шага наибольшая корреляция (R2=0.616) была обнаружена с концентрацией растворенного кислорода на глубине 20 см ([O2]20, мг/л). В результате второго шага была получена следующая зависимость: F = ^1-[O2]20 + ^'t0^
где F - эмиссия метана (мг-м2-ч 1), а [02]5 - концентрация растворенного кислорода на глубине 5 см. Так как численно ax~-av мы стали использовать переменную Д[02] = ([O2]20 - [02]5). Третий шаг дал следующую зависимость:
F = а3-Д[02] + a/pH
3 r^i_ 2J 4 r max
(R2 =0.654, a3 = 0.91±0.14 мгСН4-м-2-ч-1-мгО2-1-л,
а, = 0.09 ±0.02 мг СН/м-2-ч-1), где pH - максималь-
4 4 max
ное значение pH в водном слое 0-50 см. Четвертый шаг не выявил новых значимых переменных.
Переменная «pHmax» может характеризовать условия минерального питания, в этом случае положитель-
ная величина а4 говорит о возрастании эмиссии с увеличением уровня трофности.
Переменная Д[02] пропорциональна градиенту концентрации кислорода и, таким образом, должна характеризовать интенсивность поступления 02 в озеро. Однако если в озеро поступает больше кислорода (при большом градиенте его концентрации), то большее количество метана окисляется, и эмиссия, казалось бы, должна быть меньше. Мы же наблюдали противоположный эффект: чем больше градиент кислорода, тем больше поток метана. Но парадокс этот лишь кажущийся. Конечно, если бы во всех озерах интенсивность образования метана была бы одинаковой, то разница в эмиссиях с поверхности этих озер могла бы объясняться лишь разницей в интенсивности окисления. И вот только в этом случае (только в случае одинаковой продукции СН4!) большее поступление кислорода должно было бы приводить к меньшей эмиссии. Но ведь в реальности интенсивность продукции метана в разных озерах может быть совершенно различной. Заметим, что для других ме-тангенерирующих объектов, например, для полигонов захоронения твердых бытовых отходов в евро-
Таблица 4
Удельные потоки метана (мгСм-2ч-1) в летний период из арктических болот по данным разных
авторов
Местоположение и тип болотного ландшафта Удельные потоки метана Источник
Мезотрофный массив в южной тундре 3.44/4.34/5.091) Настоящее исследование
Озера в южной тундре 0.34/0.64/1.071)
Плоскобугристый комплекс, понижение От 2.24 до 7.13 [3], Ямальский полуостров
Плоскобугристый комплекс, повышение От 0.02 до 0.2
Полигональная тундра, понижение От 0 до 1.62
Полигональная тундра, повышение От 0 до 0.05
Т ермокарстовые озера 1.33 [13], северо-восток европейской части России
Окраины озер 3.6±3.4
Минеротрофные мочажины (преобладают S. balticum, C. rariflora, C. aquatilis, E. russeolum; УБВ выше или несколько ниже поверхности мха) 5.66±2.93
Олиготрофные мерзлые бугры 0.5±0.5
Большеземельская тундра, стационар «Тальник» (67°19’48.7’’с. ш., 63°44’10.1’’в. д.) Сайт 1: Кустарничково-мохово-лишайниковая тундра 01.08.01 0.00375 Д. В. Карелин2)
26.06.02 0.075±0.015
26.06.02 0.053±0.015
05.08.02 0.16±0.03
10.08.03 0.027±0.041
Сайт 2: Верховое сфагново-осоковое болото 01.08.01 0.84±0.30
26- 27.06.02 0.053±0.023
0.060±0.008
0.098±0.023
05.08.02 0.285±0.038
0.95±0.24
10.08.02 0.017±0.029
Сайты 3-4: Мерзлотный бугор и гарь 05.08.03 0.173±0.038
0.113±0.023
10.08.03 0.03±0.06
0.02±0.03
Сайт 5: Верховое сфагново-зеленомошно-осоковое деградирующее болото 10.08.03 0.03±0.04
Сайт 11: Мерзлотный бугор 26- 27.06.02 0.045±0.008
Полигональная тундра 1.25 [17]
Примечание: 11 1-я квартиль/медиана/2-я квартиль; 21 личное сообщение.
Таблица 5
Удельные потоки метана (мгСм-2ч-1) в осенний и зимний периоды из арктических и бореальных болот
по данным разных авторов
Местоположение и тип болотного ландшафта Удельные потоки метана Источник
Олиготрофный массив в южной тундре -0.05/0.00/0.121) Настоящее исследование
Минеротрофные мочажины (преобладают S. balticum, C. rotundata, C. aquatilis, E. russeolum; УБВ ниже 5 см поверхности мха) и возвышенности от От -0.05 до 0.14 [14], северо-восток европейской части России
Минеротрофные мочажины (преобладают S. balticum, C. rariflora, C. aquatilis, E. russeolum; УБВ выше или несколько ниже поверхности мха) От 0.46 до 2.00
Сайт 1: кустарничково-мохово-лишайниковая тундра 24.09.02 0.09±0.02 Д. В. Карелин2)
22.09.03 1.61±0.23
1.77±0.99 [18]
24.09.03 1.98±0.09
Сайт 2: верховое 24.09.02 0.91±0.19 Д. В. Карелин2)
сфагново-осоковое 22.09.03 -0.03±0.31
Большеземельская болото 24.09.03 0.04±0.02 [18]
тундра, стационар Сайт 3: мерзлотный 22.09.03 -0.28±0.51
«Тальник» (67°19’48.7’’ бугор 24.09.03 -0.06±0.09
с. ш. 63°44’10.1’’ в. д.) Сайты 3-4: мерзлотный 24.09.02 0 Д. В. Карелин2)
бугор и гарь 0.09±0.02
Сайт 4: гарь 24.09.03 0.88±0.11
Сайт 5: верховое сфагново-зеленомошно-осоковое деградирующее болото 24.09.03 0.03±0.06 [18]
Мезо-олиготрофный участок Бакчарского массива тайге Западной Сибири в южной 0.21 [15]
Примечание: 11 1-я квартиль/медиана/2-я квартиль; 21 личное сообщение.
пейской части России, аналогичная ситуация уже отмечалась ранее [12]: на экспериментальных полигонах, характеризовавшихся эмиссиями 32-1853 и 1-10 ммоль СН4-м-2-сут-1, скорости окисления метана были соответственно около 2.5 и 1.5 ммоль СН4-кг почвы ьсут-1, т. е. там, где имеется большой поток метана, в больших количествах размножаются потребляющие метан бактерии, которые, естественно, потребляют больше кислорода.
Обобщенные данные по измерениям потоков метана из высокоширотных болотных систем всего мира собраны в [3]. Сравнение потоков метана в летние и зимние периоды из арктических и бореальных болот России, по данным разных авторов, проведено в табл. 4. Максимальные потоки в летний период (достигающие 5.55 мгС/м2/ч) нами были зафиксированы на мезот-рофном болотном массиве. Они близки к потокам, найденным в минеротрофных мочажинах тундровых ландшафтов Полярного Урала [13]. При измерениях эмиссии из озерных ландшафтов нами были получены несколько меньшие потоки СН4, чем описанные в литературе для термокарстовых озер Восточной Сибири. По всей видимости, это связано с различиями
в характере донных отложений: минеральное дно не может быть благоприятно для метаногенеза вследствие отсутствия органики. Минимальные потоки были зафиксированы на олиготрофных мерзлых буграх с низким уровнем стояния болотных вод. Очевидно, что такие условия препятствуют метаногенезу: в поверхностных слоях образование СН4 невозможно в связи с аэробными условиями, а глубже оно тормозится вследствие низкой температуры. В более северных ландшафтах на полигонально-валиковых болотах также обнаруживаются малые потоки.
В зимний период найденные нами потоки были близки к таковым, обнаруженным в минеротрофных мочажинах тундры Полярного Урала с относительно низким УБВ [14], но несколько ниже потоков из болота в южной тайге Западной Сибири [15] и, наконец, значительно ниже потоков из минеротрофных мочажин с относительно высоким УБВ тундры Полярного Урала. Объяснение разницы потоков может базироваться, во-первых, на том, что потоки газов сильно зависят от характеристик снежного покрова (в первую очередь его плотности и порозности) [16] и, во-вторых, на различном строении торфяных залежей в
связи с различными климатическими условиями. Действительно, в южной тайге на Бакчарском болоте при мощном снежном покрове и толщине торфяного слова около 2.5 м температура в глубоких слоях может быть достаточной для продолжения микробиологической активности в течение всего зимнего периода. В тундре же практически вся (кстати,
не столь значительная) толща торфа зимой может промерзать, что исключает какую-либо активность метаногенов.
Региональный поток метана с болот тундровой зоны оценивался по «стандартной модели» Западной Сибири Вс7 и оказался равен 0.16 Мт СН4/год, что составляет 5 % потока с болот всей Западной Сибири.
Список литературы
1. Кароль И. Л. Оценки характеристик относительного вклада парниковых газов в глобальное потепление климата // Метеорология и гидрология. 1996. Вып. 11. С. 5-12.
2. Романова Е. А. Растительность болот // Растительный покров Западно-Сибирской равнины. Новосибирск: Наука, 1985. С.138-159.
3. Christensen T. R., Jonasson S., Callaghan T. V., Havstrom M. Spatial variation in high latitude methane flux along a transect across Siberian and Eurasian tundra environments // J. of Geophysical Research. 1995. Vol. 100. N. D10. P. 21035-21045.
4. Романова Е. А., Быбина Р Т., Голицина Е. Ф. и др. Типологическая карта болот Западно-Сибирской равнины. Масштаб 1: 2 500 000. Ленинград: ГУГК, 1977.
5. Матюхин Р. Г., Данилов В. П. Карта торфяных месторождений Западной Сибири. Министерство дриродных ресурсов Российской Федерации / Сибирский НИИ геологии, геофизики и минерального сырья. Масштаб 1:1 000 000. Новосибирск, 2000.
6. Лисс О. Л., Абрамова Л. И., Аветов Н. А. и др. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение. Тула: Гриф и Ко, 2001. 584 с.
7. URL: http://www.glovis.usgs.gov
8. Орлов Д. С., Минько О. И., Аммосова Я. М. и др. Методы исследования газовой функции почвы // Современные физические и химические методы исследования почв / под ред. А. Д. Воронина и Д. С. Орлова. М.: Изд-во МГУ, 1987. С. 118-156.
9. Эберт К., Эдерер X. Компьютеры. Применение в химии. М.: Мир, 1988. 416 с.
10. Глаголев М. В., Клепцова И. Е. Эмиссия метана в лесотундре: к созданию «стандартной модели» (Аа2) для Западной Сибири // Вестн. ТГПУ. 2009. Вып. 3. С. 77-81.
11. Kerbrat M., Pinzer B., Huthwelker T. et al. Measuring the specific surface area of snow with X-ray tomography and gas adsorption: comparison and implications for surface smoothness // Atmos. Chem. Phys. 2008. Vol. 8. P. 1261-1275.
12. Каллистова А. Ю., Кевбрина М. В., Некрасова В. К. и др. Окисление метана в покрывающей почве полигона захоронения твердых бытовых отходов // Микробиология. 2005. Т. 74. № 5. С. 699-706.
13. Heikkinen J. E. P. et al. Carbon balance in East European tundra // Global Biogeochem. Cycles. 2004. Vol. 18. GB1023. doi:10.1029/ 2003GB002054.
14. Heikkinen J. E. P., Elsakov V., Martikainen P. J. Carbon dioxide and methane dynamics and annual carbon balance in tundra wetland in NE Europe, Russia // Global Biogeochem. Cycles. 2002. Vol. 16. № 4. 1115. doi:10.1029/2002GB001930.
15. Panikov N. S., Dedysh S. N. Cold season CH4 and CO2 emission from boreal peat bogs (West Siberia): Winter fluxes and thaw activation dynamics // Global Biogeochem. Cycles. 2000. Vol. 14. P. 1071-1080.
16. Brooks P. D. et al. Winter production of CO2 and N2O from alpine tundra: Environmental controls and relationship to inter-system C and N fluxes // Oecologia. 1997. Vol. 110. P. 403-413.
17. Wille C., Kutzbach L., Sachs T. et al. Methane emission from Siberian arctic polygonal tundra: eddy covariance measurements and modeling // Global Change Biology. 2008. Vol. 14, P. 1-14. doi: 10.1111/j.1365-2486.2008.01586.x
18. Глаголев М. В., Смагин А. В. Приложения MATLAB для численных задач биологии, экологии и почвоведения. М.: МГУ им. М. В. Ломоносова, 2005. 200 с.
Глаголев М. В., мл. научный сотрудник.
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.
ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, г Москва, Россия, 119991.
E-mail: m_glagolev@mail.ru
Клепцова И. Е., студент.
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова.
ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, стр. 12, г Москва, Россия, 119991.
E-mail: kleptsova@gmail.com
Филиппов И. В., мл. научный сотрудник.
Югорский государственный университет.
Ул. Чехова, 16, г Ханты-Мансийск, Тюменская область, Россия, 628012. E-mail: filip83pov@yandex.ru
Казанцев В. С., мл. научный сотрудник.
Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН.
Пер. Пыжевский, 3, г. Москва, Россия, 119017.
E-mail: severus713@gmail.com
Максютов Ш. Ш., special senior researcher.
National Institute for Environmental Studies.
Оногава, 16-2, г. Цукуба, Япония, 305-8506, префектура Ибараки.
E-mail: shamil@nies.go.jp
Материал поступил в редакцию 05.02.2010
M. V. Glagolev, I. E. Kleptsova, V S. Kazantsev, I. V. Filippov, Sh. Sh. Maksyutov METHANE EMISSION FROM WEST SIBERIAN TUNDRA MIRES
The paper presents experimental data on the methane fluxes from West Siberian tundra mires in summer and winter periods. The possibility of the methane adsorption by the snow cover is discussed. The regional flux from the whole region is estimated with the «standard model» Bc7 as 0.16 MtCH4/year that accounts for around 5 % of the total West Siberian mires methane emission.
Key words: methane emission, snow cover adsorption, regional flux, tundra, West Siberia.
Glagolev M. V
Moscow State University named after M V. Lomonosov.
GSP-1, Leninskiye Gory, 1, str. 12, Moscow, Russia, 119991.
E-mail: m_glagolev@mail.ru
Kleptsova I. E.
Moscow State University named after M. V. Lomonosov.
GSP-1, Leninskiye Gory, 1, str. 12, Moscow, Russia, 119991.
E-mail: kleptsova@gmail.com
Filippov I. V
Yugorsky State University.
Ul. Chekhova, 16, Chanty-Mansyisk, Tumenskaya oblast, Russia, 628012.
E-mail: filip83pov@yandex.ru
Kazantsev V. S.
Institute of Atmospheric Physics.
Per. Pyzhevskiy, 3, Moscow, Russia, 119017.
E-mail: severus713@gmail.com
Maksutov Sh. Sh.
National Institute for Environmental Studies.
Onogava, 16-2, Tsukuba, Japan, 305-8506.
E-mail: shamil@nies.go.jp
