CC BY-NC
0Арктика и Антарктика
Правильная ссылка на статью:
Казанцев В.С., Кривенок Л.А., Чербунина М.Ю., Котов П.И. — Эмиссия парниковых газов из природных экосистем Норильского промышленного района // Арктика и Антарктика. - 2023. - № 4. - С. 19 - 41. DOI: 10.7256/2453-8922.2023.4.69058 EDN: IHJPRJ URL: https//nbpublish.com/Hbrary_read_article.ptp?id=69058
Эмиссия парниковых газов из природных экосистем Норильского промышленного района
Казанцев Владимир Сергеевич
СКСЮ: 0000-0002-0156-0566 кандидат биологических наук старший научный сотрудник, Институт физики атмосферы им. АМ. Обухова РАН
119017, Россия, г. Москва, пер. Пыжевский, 3
И kazantsev@ifaran.ru Кривенок Людмила Алексеевна
СКСЮ: 0000-0001-8220-6720 младший научный сотрудник, Институт физики атмосферы им. АМ. Обухова РАН
119017, Россия, г. Москва, пер. Пыжевский, 3
И krivenok@ifaran.ru Чербунина Мария Юрьевна
СКСЮ: 0000-0002-6211-7971 кандидат геолого-минералогических наук младший научный сотрудник, МГУ им. МВ. Ломоносова 119991, Россия, москва область, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1
И cherbuninamariya@gmail.com
Котов Павел Игоревич
СКСЮ: 0000-0002-5945-3405 кандидат геолого-минералогических наук директор, Научно-исследовательский центр ЗГУ им. Н.М Федоровского 663310, Россия, Красноярский край, г. Норильск, ул. 50лет Октября, 7
И KotovPI@norvuz.ru
Статья из рубрики "Климат Арктики и Антарктики"
DOI:
10.7256/2453-8922.2023.4.69058 EDN:
Дата направления статьи в редакцию:
21-11-2023
Дата публикации:
21-12-2023
Аннотация: В настоящей работе описаны результаты натурных измерений удельных потоков метана и углекислого газа из естественных и антропогенно-измененных экосистем, расположенных на территории Норильского промышленного района. Ранее подобные исследования на данной территории не проводились. Точки исследования располагаются в различных ландшафтных районах, определяемых по различным условиям формирования толщи многолетнемерзлых пород. Большая часть изучаемой территории располагается в пределах зоны преимущественно сплошного распространения многолетнемерзлых пород. Выделено 6 ландшафтных районов. Измерения удельных потоков метана и углекислого газа проводились на выбранных типичных для каждого района ключевых участках. При выборе точек проведения исследования принималось во внимание разнообразие условий, влияющих на эмиссии метана и углекислого газа. В первую очередь к ним относится тип почв (минеральные и болотные) и локальные условия увлажнения. Для измерения эмиссий метана и углекислого газа использовался метод темных статических камер. Измерения концентраций парниковых газов в камере проводились поточным газоанализатором Li-7810. Полученные результаты показывают значительную вариабельность эмиссии парниковых газов для различных типов экосистем. На минеральных почвах и сухих участках болотных ландшафтов фиксируется поглощение метана почвами. Положительные значения эмиссии метана характерны для обводнённых участков болотных экосистем и озёр с максимальными значениям в мочажинах. Удельные потоки метана варьируются от слабоотрицательных на сухих участках болот с медианой -0,026 мгСН4/м2/ч до эмиссии в 0,802 мгСН4/м2/ч (медиана для обводненных частей болотных экосистем). Удельные потоки углекислого газа обратно коррелируют с увлажненностью экосистем и имеют разброс значений от 51,6 мгСО2/м2/ч (медиана для озер) до 576 мгСО2/м2/ч (медиана для минеральных почв). Обнаружена средней силы корреляция между температурой приземного слоя воздуха и интенсивностью поглощения метана минеральными почвами. Распределения плотностей вероятности значений удельных потоков метана и углекислого газа имеют разные типы модальностей.
Ключевые слова:
метан, углекислый газ, болота, озера, пресноводные экосистемы, удельные потоки, камерный метод, углеродный баланс, ландшафты, мерзлота
Исследование выполнено при поддержке ЗГУ имени Н.М. Федоровского в рамках мероприятия Программы деятельности научно-образовательного центра мирового уровня «Енисейская Сибирь» ТП 35 «Региональная сеть карбоновых полигонов для
долговременных наблюдений потоков парниковых газов, тепла и влаги».
1. Введение
Актуальные изменения климата, обусловленные в том числе ростом содержания в атмосфере парниковых газов (ПГ), четко фиксируются учеными начиная с середины XIX века. К основным ПГ относятся водяной пар, метан и углекислый газ. Источниками метана и углекислого газа в атмосфере являются как антропогенные, так и природные,
среди последних значимую роль играют озера, реки, болота Одной из актуальных задач современной экологии является инвентаризация источников ПГ в глобальном масштабе. Это необходимо как для адекватной оценки эмиссии ПГ природными и антропогенными источниками, так и для построения и верификации прогнозных моделей эмиссии в условиях изменения климата.
В связи с вышеизложенным особый интерес представляют источники ПГ, которые расположены в арктической зоне, так как именно для этой территории прогнозируется наиболее интенсивное изменение климата, в том числе проявляющееся в виде повышения среднегодовой температуры воздуха. Ожидается, что этот процесс скажется на изменении интенсивности эмиссий П Г из естественных экосистем Арктики в сторону увеличения в связи с вовлечением в биологический круговорот части запасов органического вещества, которое в настоящее время находится в толще многолетнемёрзлых пород.
В целом, российская Арктика до настоящего момента слабо изучена в части инвентаризации источников ПГ в атмосферу. Имеющиеся исследования относятся к относительно небольшому количеству объектов, расположенных на территории арктической части Евразии. В силу логистических сложностей основные точки исследований эмиссий ПГ расположены вблизи населённых пунктов или транспортных коммуникаций и не охватывают широкое разнообразие природных экосистем Арктики. Какие-либо результаты изучения эмиссий ПГ из природных экосистем Норильского промышленного района (НПР) нам не известны.
Из близлежащих регионов со схожими природными условиями в отношении эмиссии ПГ в большей степени изучена северная часть Западной Сибири. В подзоне южной тундры первые исследования эмиссии метана проводились в 1996 г. в период весеннего
снеготаяния и в летний период на юге ямальского полуострова [2]. В работах [3-5] описаны результаты изучения естественных пресноводных экосистем южной и северной тундры в районе п. Тазовский Ямало-Ненецкого автономного округа. В рамках
исследования проведены полевые измерения эмиссии метана в лесотундровой зоне в 10 км к северу от г. Игарка. Была показана связь потребления атмосферного метана минеральными почвами с распределением многолетнемерзлых пород и режимом влажности почвы, а также отмечена высокая эмиссия из термокарстового озера. Одна из
последних работприводит результаты изучения эмиссии метана из озёр Приполярного Урала и Центрального Ямала. В работе выявлено также влияние скорости ветра на эмиссию СН4, и на примере одного озера описана суточная динамика эмиссии
ме та на .
Одними из основных факторов, влияющих на процесс эмиссии метана углекислого газа является влажность и температура почвы [8]. С увеличением влажности болотных и минеральных почв интенсифицируется процесс эмиссии метана и снижается эмиссия углекислого газа из-за смещения равновесия процессов выделения метана и
углекислого газа и поглощения метана бактериями Температура почвенного субстрата также влияет на процесс эмиссии метана в сторону его интенсификации за
счет роста активности метанпродуцирующих бактерий ПШ.
Целью данного исследования было изучение особенностей эмиссии метана и углекислого газа из естественных экосистем на территории НПР. В связи с этим была поставлена задача провести натурные измерения эмиссии метана и углекислого газа с поверхности природных объектов, оценить влияние природных факторов определения природных факторов, влияющих на эмиссию этих ПГ.
2. Методика
2.1 Ландшафтное районирование
Для выбора расположения точек исследования было проведено предварительное районирование территории по природным условиям, определяющим формирование многолетнемерзлых пород (ММП) района с целью выявить наиболее типичные ландшафты. Исследуемая территория расположена в зоне преимущественно сплошного распространения ММП. Распределение ММП по площади определяется совместным влиянием зональных, региональных и местных факторов теплообмена горных пород с атмосферой, и вследствие большого разнообразия последних, оказывается весьма сложным. При выборе точек для измерения ПГ учитывались площадь распространения района, в котором выделялись наиболее типичные ландшафты, геологическое строение и его геокриологические особенности. Ниже приведена характеристика каждого выделенного района.
Район 1 представляет собой ландшафты долины р. Хараелах и предгорьев плато Путорано. Здесь преобладают пологие склоны верхнеплейстоцен-голоценового возраста, где в условиях повышенного увлажнения развиты делювиально-солифлюкционные отложения из дресвы и щебня с суглинистым заполнителем, часто оторфованные. Особенностью этой территории также является наличие вложенных краевых морен в придолинных частях склонов вследствие горно-долинного верхнеплейстоценового оледенения. С геокриологической точки зрения для этого района характерно сплошное распространение ММП мощностью 200-400 м и самые низкие температуры пород от -2 до -5 °С [11-12].
Район 2 занимает обширную территорию и расположен на широко распространенной поверхности озёрно-ледниковой верхнеплейстоценовой низменности, которая относится к геоморфологическому уровню Вальковской равнины, сложенной толщей алевритов, ленточных глин, илов. Ее образование связано с осушением Вальковского ледникового пресноводного водоема, который исчез во время голоценового оптимума. В литературе чаще обозначают эту поверхность как Вальковскую озерно-аллювиальную равнину или
террасу, тогда как на карте четвертичных отложений оно обозначена как озерно-ледниковая [13-14]. Для района характерен бугристо-западинный рельеф, чрезвычайно расчлененный, связанный с активным развитием термокарста по сильнольдистым отложениям и наличием большого количества сегрегационно-инъекционных бугров
пучения Здесь наблюдается прерывистое распространение ММП мощностью 40-80 м, с мягкими температурными условиям - среднегодовыми температурами пород от 0 до -2 °С.
Район 3 расположен у р. Норильская в месте впадения р. Валек, которая является ее правым притоком (относится к Рыбнинско-Норильской долине). Расположение здесь
района позволяет охарактеризовать ландшафтно-геокриологические условия территорий, на которые оказывает влияние река. Здесь выделяются поверхности русла поймы и террасы р. Норильской, старица р. Валек, вероятно, голоценового возраста, сложенные слоистой толщей песчаного алевритового состава с включениями растительных детритов. Склоны террасы покрыты лиственнично-елово-березовым лесом с кустарничком, пойма -растительностью в виде разнотравья с кустами ивы. Здесь характерно прерывистое распространение ММП мощностью 40-80 м со среднегодовыми температурами пород от 0 до -21. Для старичных отложений и прирусловых в долине р. Норильская отмечаются отдельные острова мерзлоты с температурами от 1 до -1 °С.
Район 4 расположен в районе Оганера в техногенно-трансформированном ландшафте (также относится к Рыбнинско-Норильской долине). Здесь, по сравнению с районом 3, происходит замещение первоначальных лесов на кустарничковую тундру вследствие
аэротехногенного воздействия от горно-металлургического комбината I16!. В районе широко распространены полигоны вытаивающих повторно-жильных льдов (ПЖЛ) и приуроченный к ним процесс заболачивания. Один из самых больших районов по площади в исследуемом регионе.
Район 5 расположен недалеко от пос. Алыкель на озерно-ледниковой низменности, отложения сложены толщей алевритов, ленточных глин, илов. Поверхность сильно заболочена и заозёрена (встречается большое количество озер преимущественно округлой формы). Сложные очертания озёр, характер их береговой линии (наличие низких отрезков с зарастающими частями озёр и крутые обрывистые берега) указывает на их термокарстовое происхождение. Для ММП выделяется достаточно широкий диапазон температур от -1 до -5 °С при мощности 60-120 м.
Район 6 относится к Приенисейской позднеплейстоценовой ледниковой аккумулятивной поверхности, сложенной суглинистыми моренными отложениям. Заозерненный, включает мерзлотные формы рельефа, из которых можно выделить системы ПЖЛ и эрозионно-термокарстовые котловины. Относится к южной тундре, с характерными кустарниковыми сообщества различных видов ив, которые формируются в условиях обильного увлажнения (в долинах рек и по понижениям рельефа на водоразделе), реже встречаются осоково-пушицевые кочкарники. Здесь характерны мощности ММП около 60-120 м. Узким диапазоном невысоких отрицательных температур от -1 до -2 °С ММП характеризуются поверхности под плоскими, часто заболоченными, кочковатыми кустарниковыми и кустарничково-моховыми тундрами. Такая стабильность температурных условий объясняется практически плоским рельефом поверхности и преобладающим моховым напочвенным покровом.
2.2. Объекты исследования
Исследования удельных потоков (УП) метана и углекислого газа проводились на территории Норильского промышленного района 3-8 июля 2023 года. Расположение точек, в которых измерялись УП, представлена на рисунке 1, координаты и описание точек - в таблице 1. Болотные экосистемы классифицировались согласно [17].
1ч
<1)
1.1
2.1
6.1
6.2
0 5 км 10 клл
1_I_I.—>—-1
5.3
3.3
3-2
4.1
Норильск А 2
N 3,1
<т ©
5 3,2
©
0 1_ 20 м 40 м _1
г
n
(Ъ) 5,1 5.2 5.3
© © ®
0 10м 1 1 20 м . 1
N 4.2
Ф ©
чХУ 4.1
©
0 1_ 40 ы | 80 м _1
д
N
(1) 6.1 6.2
чх/ 5 © ©
0 1 _ Юм 1 20 м 1
Рисунок 1. Схема расположения точек исследования эмиссии СН4 и СО2. Таблица 1. Характеристики точек измерения эмиссии ПГ
Ландшафтный район / Точка измерения УП Координаты, ° Тип экосистемы Сезонно-талый слой ММП
С.Ш. в.д. состав весовая влажность, д.е/мощность,м
1 / 1.1 69,57826 88,53435 Минеральная почва под кустарничниковым сообществом на горном склоне суглинок 0,60/0,35 сплошное
Минеральная
Ландшаф-2 / 2.1 тный район / Точка измерения УП Коорди наты, ° почва под лесным сообществом Тип экосистемы Сезонно-т "алый слой
С.Ш. В.Д. состав весовая влажность, д.е/мощность,м пр е р ыв ис то е ММП
3 / 3.1 69,40897 88,35328 Минеральная почва под лесным сообществом на склоне I надпойменной те рра с ы отсутствует Заглубленная кровля
3 / 3.2 69,40865 88,35394 Обводненная заторфованная речная старица талик
4 / 4.1 69,35421 88,41659 Озеро в крупнобугристом топяно-озерковом комплексе отсутствует талик
4 / 4.2 69,35459 88,41574 Бугор в крупнобугристом топяно-озерковом комплексе торф 0,20,30 прерывистое
5 / 5.1 69,36852 87,30623 Бугор в полигональном бугристо-озерковом комплексе суглинок 0,29/0,48 сплошное
5 / 5.2 69,36858 87,30634 Озерко в полигональном бугристо-озерковом комплексе. отсутствует
5 / 5.3 69,36853 87,30657 Мочажина в полигональном бугристо-озерковом комплексе суглинок оторфованный - /0,69
6 / 6.1 69,39318 86,81725 Бугор в пло с ко буг рис то -топяном комплексе суглинок 0,29/0,47 сплошное
6 / 6.2 69,39305 86,81768 Топкая мочажина в пло с ко буг рис то -топяном комплексе суглинок - /0,68
Все точки также были сгруппированы в зависимости от типа экосистемы (с фокусировкой на степень увлажненности) следующим образом.
I. Расположенные на минеральных хорошо дренированных почвах (точки 1.1, 2.1 и 3.1, рис. 2 А-В).
Точка 1.1 находится в предгорье плато Путорана вблизи рудника Скалистый на слабонаклоненной относительно ровной поверхности, осложненной деятельностью временных водотоков, а также наличием крупнообломочного материала обвалов и осыпей. Микрорельеф поверхности мелкобугристый. Размер бугров в среднем 1,5 х 1,5 м, в высоту до 0,2 м.
Точка 2.1 расположена на слабонаклоненной слабоувлажнённой поверхности (угол наклона 3-5°) на минеральной почве.
Точка 3.1 располагается на склоне I надпойменной террасы р. Валек на слабонаклоненной поверхности (угол наклона 3-5°). Поверхность мелкобугристая, размеры бугров от 0,1 х 0,1 до 0,8 х 0,9 м.
А Б
Рисунок 2. Точки А - 1.1, Б - 2.1, В - 3.1
II. Сухие участки болотных экосистем (точки 4.2, 5.1 и 6.1, рис. 3 А-В).
Точка 4.2 находится на слабодренированном заболоченном участке Вальковской равнины. Поверхность участка бугристо-западинная, размеры бугров варьируются от 4 х 4 до 10 х 15 м.
Измерения УП ПГ проведены на бугре в крупнобугристом топяно-озерковом комплексе.
Точка 5.1 находится в Вальковской равнине в заторфованной низине. Рельеф поверхности мелкобугристый, представлен сухими буграми и влажными мочажинами. Размеры бугров варьируются от 1,3 х 1,3 м до 3 х 7 м, между ними встречаются
микроозерки размером до 3-5 м. Вся исследовательская площадка 5 расположена в полигональном бугристо-озерковом болоте, измерения на точке 5.1 охватывают бугор.
Точка 6.1 расположена на Вальковской равнине в осушенной озерной котловине. Рельеф поверхности мелкобугристый, представлен сухими буграми и влажными мочажинами. Размеры бугров варьируются от 0,3 х 0,3 м до 1 х 0,4 м. Развиваются процессы заболачивания и термокарста. Статическая камера установлена на бугре в плоскобугристо-топяном комплексе.
Рисунок 3. Точки А - 4.2, Б - 5.1, В - 6.1
III. Обводненные участки болотных экосистем (точки 3.2, 5.3 и 6.2, рис. 4 А-В).
Точка 3.2 расположена в старице р. Валек на плоской ровной заболоченной переувлажненной поверхности примерно в 40 м от точки 3.1. Уровень болотных вод (УБВ) на участке в среднем 20-30 см над поверхностью. Камера устанавливалась на заболоченную обводнённую речную старицу, УБВ в камере - 8 см над поверхностью.
Точка 5.3 находится на удалении около 15 м от точки 5.1 в мочажине, УБВ 0 см.
Точка 6.2 находится примерно в 50 м от точки 6.1 также в осушенной озерной котловине (см. соответствующее описание). Статическая камера установлена в топкой мочажине плоскобугристо-топяного комплекса с УБВ 0 см.
А Б
Рисунок 4. Точки А - 3.2, Б - 5.3, В - 6.2
IV. Водные экосистемы (озеро 4.1 и озерко 5.2, рис. 5 А-Б).
Точка 4.1 расположена примерно в 100 м от точки 4.2. Измерения велись с поверхности озера в точке с глубиной 2 м, на поверхности наблюдалось поднятие пузырей (в камеру не попадали, т.к. в процессе измерений резкие скачки концентраций не были замечены).
Точка 5.2 находится на удалении около 15 м от точки 5.1 и представляет собой озерко диаметром около 5 м около глубиной 10 см. Непосредственно в камере находились редкие стебли осоки.
А Б
Рисунок 5. Точки А - 4.1, Б - 5.2
2.3. Методика полевых измерений и обработки данных
Измерения удельных потоков ПГ проводились методом ручных статических темных камер с водяным замком [18-19], для исследования водных экосистем применялась темные
плавающие камеры J20! (рис. 6 А-Б). Метод является относительно простым в исполнении и широко используется для измерений эмиссий ПГ с поверхности природных и антропогенно-измененных экосистем. Размер наземной камеры составлял 40х40х30 см, площадь основания — 36х36 см. Объёмы двух используемых плавающих камер — 8,2 л и
7,8 л, площади — 0,0082 м2 и 0,0095 м2 соответственно. В наземных камерах внутри монтировался вентилятор для гомогенизации воздуха, внутри водной камеры вентилятор не устанавливался ввиду её небольшого объема (т.к. прокачка воздуха непрерывно шла ч е ре з г а з оа на лиз а тор).
Концентрации метана и углекислого газа в камере определялись портативным газоанализатором LI-COR LI-7810 (LI-COR, США). Газоанализатор герметично подсоединялся к камере двумя трубками на вход и выход. Концентрации метана и углекислого газа определялись с частотой 1 раз в секунду. Время экспозиции - 4-5 минут, на каждой точке делалось от 8 до 12 измерений УП. Параллельно каждому измерению делались замеры свойств приземного слоя атмосферы: температура воздуха, атмосферное давление, скорость ветра. Эти параметру определялись ручной метеостанцией Kestrel 5500 (Nielsen-Kellerman, США).
Всего в 11 точках наблюдений было проведено 106 измерений УП метана и углекислого газа.
Рисунок 6. А - Статическая камера, Б - плавающая камера.
Значения удельных потоков метана и углекислого газа рассчитывались при помощи аппроксимации измеренных значений (в координатах время-концентрация) линейной
регрессией [21]. Статистическая обработка данных осуществлялась в программной среде R 4.3.1. Восстановление плотностей вероятности было проведено непараметрическим ядерным методом при помощи функции density c определением оптимальной ширины окна методом Sheather& Jones (1991).
3. Результаты измерений
В таблице 2 отображены результаты измерений УП метана и углекислого газа и метеорологических параметров. Статистические характеристики полученных УП метана и
углекислого газа отражены на рис. 7 А-Б.
Таблица 2. Результаты измерений УП метана и углекислого газа
Точка УП метана, мгСН4/м2/ч УП углекислого газа, мгСО 2/ м 2/ч Скорость ветра, м/с Давление, гПа Температура воздуха, °С
1.1 -0,029 352,2 4,3 981,4 19,3
1.1 -0,026 326,9 4,8 981,3 19,5
1.1 -0,031 374,8 3,3 981,3 19,7
1.1 -0,032 377,1 3,1 981,2 19,7
1.1 -0,028 300,0 3,5 981,1 19,5
1.1 -0,022 302,0 3,5 980,7 20,0
1.1 -0,019 280,8 5,0 980,6 19,6
1.1 -0,027 299,2 4,2 980,6 19,7
1.1 -0,026 305,7 4,5 980,6 19,4
1.1 -0,027 290,7 4,0 980,6 19,6
2.1 -0,034 966,8 0,0 998,7 24,6
2.1 -0,027 998,2 0,0 998,6 24,2
2.1 -0,024 996,8 0,2 998,7 24,0
2.1 -0,021 940,9 0,0 998,6 23,9
2.1 -0,021 927,4 0,0 998,4 24,6
2.1 -0,021 945,1 0,0 998,4 24,4
2.1 -0,021 906,1 0,0 998,4 24,1
2.1 -0,020 915,7 0,0 998,4 23,7
2.1 -0,020 897,2 0,0 998,4 24,0
2.1 -0,020 877,1 0,0 998,5 25,0
3.1 -0,016 693,5 0,0 1006,7 25,6
3.1 -0,010 691,5 0,0 1006,8 25,6
3.1 -0,003 569,7 0,0 1006,8 26,0
3.1 -0,005 582,5 0,0 1006,8 26,2
3.1 -0,004 590,5 0,0 1006,8 26,0
3.1 -0,001 545,9 0,0 1006,8 26,0
3.1 -0,003 555,8 0,5 1006,9 26,3
3.1 -0,007 573,3 0,0 1006,8 26,1
3.1 -0,012 544,8 0,0 1006,8 26,3
3.1 -0,001 564,2 0,0 1006,8 26,8
3.1 -0,004 552,4 0,0 1006,7 26,5
3.1 -0,003 554,8 0,5 1006,7 24,6
3.2 0,874 349,4 0,0 1006,5 28,2
3.2 0,975 395,3 0,5 1006,6 27,5
3.2 1,015 409,9 0,0 1006,6 28,8
3.2 0,769 309,3 0,8 1006,5 28,5
3.2 0,775 330,6 0,5 1006,5 28,0
3.2 0,704 282,6 1,4 1006,5 29,2
3.2 0,697 285,8 1,0 1006,5 28,2
3.2 0,828 332,8 0,0 1006,5 28,2
3.2 0,745 310,1 0,5 1006,5 28,4
3.2 0,726 301,6 0,3 1006,5 27,2
4 1 0 236 36 4 0 7 1 009 2 5
4.1 0,334 4б,9 0,8 lnn9,2 24,8
4.1 n,381 5n,2 0,6 1009,2 2б,2
4.1 n,183 24,9 n,3 lnn9,3 23,5
4.1 0,352 46,0 n,4 lnn9,3 27,4
4.1 0,283 38,5 0,6 lnn9,3 24,1
4.1 0,553 б9,2 n,7 lnn9,2 24,5
4.1 n,193 2б,7 0,4 lnn9,2 25,4
4.1 n,377 42,2 l,n lnn9,2 25,2
4.1 0,429 57,1 l,n lnn9,2 23,9
4.2 -n,n33 431,5 2,5 lnn4,9 24,9
4.2 -n,n23 407,8 2,5 lnn4,9 24,5
4.2 -n,nl8 381,7 1,9 1004,9 24,9
4.2 -n,nl4 357,7 2,3 lnn4,9 24,8
4.2 -n,nl3 381,4 2,5 lnn5,n 25,3
4.2 -n,nl3 3бб,3 2,7 lnn5,n 24,8
4.2 -n,nl4 358,5 1,1 lnn4,9 24,б
4.2 -n,nl3 352,2 1,1 lnn5,n 24,4
4.2 -n,nl4 345,8 2,1 lnn4,9 24,2
4.2 -n,nl4 348,5 1,3 lnn4,9 23,8
5.1 -n,n44 501,0 1,б 999,7 17,2
5.1 -n,n33 447,7 1,3 997,5 1б,7
5.1 -n,n32 414,3 1,3 997,5 18,4
5.1 -0,030 395,5 1,9 998,б 18,2
5.1 -0,030 4n9,3 1,8 999,4 18,2
5.1 -n,n31 424,1 1,5 999,2 18,3
5.1 -0,030 417,2 2,5 999,n 2n,1
5.1 -0,026 417,4 3,3 999,1 19,n
5.1 -n,n3l 420,9 1,1 999,1 17,7
5.1 -0,030 392,8 2,9 999,2 17,2
5.2 n,344 б4,3 0,4 999,2 19,3
5.2 n,3nn 7б,2 0,8 999,2 19,2
5.2 n,25n 61,0 2,б 999,2 17,9
5.2 n,157 46,0 1,9 999,1 19,9
5.2 n,419 б7,3 2,б 999,1 18,б
5.2 0,256 б2,3 1,3 999,1 19,2
5.2 n,215 54,2 1,5 999,1 19,4
5.2 n,252 53,n 2,8 999,1 19,7
5.3 n,138 2б1,5 3,б 999,1 19,n
5.3 n,135 312,1 2,3 999,1 18,б
5.3 n,132 329,4 2,n 999,0 18,7
5.3 n,129 3n5,3 0,6 998,9 18,9
5.3 n,128 284,8 2,б 998,9 18,3
5.3 0,126 27n,4 2,б 999,1 18,2
5.3 0,126 282,7 2,4 999,1 18,n
5.3 0,126 29б,4 1,3 999,0 18,2
б.1 -n,n44 597,7 1,1 lnn4,8 27,2
б.1 -n,n28 548,1 1,8 lnn4,8 24,n
-ft-H— -n n?n- -527 8- -и- -1 nn4 7— -2б-5-
б.1 -0,022 497,0 1,0 1004,7 25,0
б.1 -0,022 495,5 0,0 1004,7 25,4
б.1 -0,027 524,4 1,б 1004,б 24,7
б.1 -0,023 500,9 1,7 1004,7 23,3
б.1 -0,020 435,3 1,7 1004,7 2б,7
б.2 5,08б б75,0 1,2 1004,8 24,2
б.2 5,084 710,5 0,7 1004,9 23,9
б.2 5,454 737,3 0,8 1004,9 25,0
б.2 5,304 735,б 0,б 1004,8 23,9
б.2 5,930 7бб, 1 1,2 1004,8 24,0
б.2 б,500 799,0 0,0 1004,8 25,5
б.2 б,509 838,3 0,0 1004,8 28,9
б.2 б,027 789,8 1,1 1004,7 27,3
б.2 5,772 8бб,7 0,7 1004,7 2б,2
б.2 5,458 830,5 1,2 1004,7 25,4
Рисунок 7. Статистические характеристики удельных потоков метана (А) и углекислого газа (Б), измеренных в результате полевых работ 2023 г. (на диаграмме обозначены: линия внутри ящика - медиана, границы ящика - нижний и верхний квартиль, усы -минимум и максимум, круглый маркер - выбросы)
Обнаружена средняя корреляция (Я2=0,57) УП метана с поверхности минеральных почв с температурой воздуха (рис. 8). Предполагаем, что это может быть связано с
изменением соотношения активности метаногенов и метаноторфов в почве в сторону снижения роли процесса аэробной метанотрофии.
Рисунок 8. Зависимость удельных потоков метана из минеральных почв от температуры воздуха.
Полученные результаты указывают на значительное влияние условий увлажнения на интенсивность эмиссии метана (рис. 9 А). Для сухих минеральных почв, так же как и для хорошо аэрированных возвышенных частей болотных комплексов, характерны слабоотрицательные значения УП метана, что означает процесс поглощения атмосферного метана указанными экосистемами. Эмиссия метана в атмосферу отмечается с поверхности водных и увлаженных болотных экосистем. Максимальное
зафиксированное значение эмиссии метана - 6,5 мгСН4/м2/ч с поверхности
увлажнённой мочажины в точке 6.2.
Условия увлажнения оказывают заметное влияние также и на процесс эмиссии углекислого газа (рис. 9 Б). Минимальные значения эмиссии СО2 характерны для
увлажнённых участков с интенсификацией процесса выделения углекислого газа в атмосферу с поверхности сухих участков экосистем. Так, максимальный измеренный УП СО2 составляет 998,2 мгСС2/м2/ч с поверхности минеральной почвы в точке 2.1.
Минимальный УП 27,6 мгСО2/м2/ч зафиксирован с поверхности внутриболотного озера на
точке 4.1. Исключением из этой закономерности является увлажнённая болотная мочажина в точке 6.2. Медиана значений измеренных УП углекислого газа для этой
точки наблюдений составляет 777,9 мгСО2/м2/ч.
Рисунок 9. Статистические характеристики удельных потоков метана (А) и углекислого газа (Б), измеренных в результате полевых работ 2023 г., с группировкой по степени увлажненности экосистемы (на диаграмме обозначены: числовое значение - медиана, N - объем выборки, линия внутри ящика - медиана, границы ящика - нижний и верхний квартиль, усы - минимум и максимум, круглый маркер - выбросы; группы на графике расположены по увеличению медианы)
Максимальную эмиссию метана с поверхности болотных мочажин можно объяснить хорошим прогревом поверхностного слоя увлажнённого болота и наличием большого количества питательных веществ для метаногенов. Сочетание этих условий способствует интенсификации процесса метаногенеза. Также продуцируемый СН4 до выхода в атмосферу проходит относительно небольшой слой окисления метана. В связи с этим небольшую эмиссию метана с поверхности озера можно объяснить слабым прогревом донных отложений, где происходит процесс генерации метана и частичным окислением выделившегося со дна метана при прохождении через водную толщу озера со дна до поверхности. Рост медианных значений УП углекислого газа заметен по мере снижения влажности экосистем. Это объясняется тем, что продуцирующие углекислый газ
микроорганизмы находятся в таких экосистемах в наиболее благоприятных для себя условиях.
На рисунках 10-11 А-Г приведены распределения плотностей вероятности измеренных УП метана и углекислого газа. Заметно, что все распределения полимодальные (имеют несколько максимумов), за исключением близких к нормальному наблюдаемых распределений УП ПГ из водных экосистем.
Рисунок 10. Распределения плотностей вероятности УП метана для: А - участков на минеральных почвах, Б - сухих участков болотных экосистем, В - обводненных участков болотных экосистем, Г - водных экосистем.
Рисунок 11. Распределения плотностей вероятности УП СО? для: А - участков на минеральных почвах, Б - сухих участков болотных экосистем, В - обводненных участков болотных экосистем, Г - водных экосистем.
Полученные в данной работе данные хорошо согласуются с результатами исследований, проведённых в схожих природных условиях на аналогичных элементах естественных экосистем. Эмиссия метана из озёр в пределах НПР характеризуется значениями медиан
0,34 мгСН4/м2/ч для точки 4.1 и 0,25 мгСН4/м2/ч для точки 5.2. Эти результаты попадают в диапазон между медианами измеренных значений УП метана с поверхности тундровых озер для двух ключевых участков в южной тундре Западной Сибири «Ясавэй» и
«Тазовский» [4], которые равны 0,37 мгСН4/м2/ч и 1,14 мгСН4/м2/ч соответственно. Но при этом медианы значений УП метана изученных озер на территории НПР больше, нежели аналогичные показатели эмиссии из озёр стационара Васькины Дачи в типичной тундре Ямала. Для изученных там 6 озер характерны медианы значений УПМ в
диапазоне от 0,03-0,34 мгСН4/м2/ч. В районе точки «Ясавэй» также проводились
измерения эмиссии СО2 с поверхности озёр в летний период 2016 года В данной работе приведено среднее значение эмиссии равное 79,4 мгСО2/м2/ч, что превышает среднее значение УП СО2, измеренные на точках 4.1 и 5.2, где средние составляют 43,8
и 60,5 мгСО2/м2/ч соответственно.
Медианы измеренных значений УП метана из увлажненных заболоченных участков (точки 3.2, 6.2, 5.3) составляют, соответственно 0,77 мгСН4/м2/ч; 5,62 мгСН4/м2/ч; 0,13
мгСН4/м2/ч. Как видно, между точками большой разброс значений, что показывает
необходимость изучения большого количества объектов для получения типичных значений эмиссий из увлажненных участков болот. Похожая картина наблюдалась на
увлажнённых участках болот южной тундры на площадке «Ясавэй» ^^ Там на разных точках значения медиан УП метана из увлажненных участков составляет 0,03/0,96/1,42/2,42 мгСН4/м2/ч. Таким образом, эмиссии метана на точке 6.2 больше
эмиссий на аналогичных объектах в пределах изучаемого региона и площадки «Ясавэй». При этом эмиссии на двух других участках в окрестностях Норильска согласуются с результатами, полученными в Западной Сибири.
Для УП метана из сухих участков болотных экосистем, как и для минеральных почв, характерны слабые отрицательные потоки, то есть низкоинтенсивный процесс поглощения атмосферного метана. Медианы измеренных значений УП метана на точках 4.2, 6.1 и 5.1 составляют, соответственно -0,01, -0,02 и -0,03 мгСН4/м2/ч. Этот результат практически аналогичен результатам из работы -13!, где медиана измеренных УП метана с поверхности мерзлых бугров также околонулевая и составляет 0,01 мгСН4/м2/ч, и
меньше слабоположительного медианного УП метана в 0,08 мгСН4/м2/ч с поверхности мёрзлых бугров на точке «Ямбург» в южной тундре Западной Сибири I22!.
Выводы
В рамках исследования изучена эмиссия метана и углекислого газа с поверхности естественных экосистем в пределах Норильского промышленного района в границах 6 выделенных ландшафтных районов. Полученные результаты показывают значительную вариабельность эмиссии парниковых газов для различных типов экосистем. На минеральных почвах и сухих участках болотных ландшафтов фиксируется поглощение метана почвами. Положительные значения эмиссии метана характерны для обводнённых участков болотных экосистем и озёр с максимальными значениям в мочажинах. Эмиссии углекислого газа имеют обратную закономерность: значения удельных потоков СО2
уменьшаются по мере роста увлажнённости экосистем. Обнаружена средней силы корреляция между температурой приземного слоя воздуха и интенсивностью поглощения метана минеральными почвами. Для водных экосистем характерно одномодальное распределение плотностей вероятности удельных потоков метана и углекислого газа, для остальных же типов экосистем построенные распределения имеют полимодальный характер.
Библиография
1. Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Working Group I Contribution to the IPCC Sixth Assessment Report / Masson-Delmotte V., Zhai P., Pirani A., Connors S.L., Péan C., Berger S., Caud N., Chen Y., Goldfarb L., Gomis M.I., Huang M., Leitzell K., Lonnoy E., Matthews J.B.R., Maycock T.K., Waterfield T., Yelekçi O., Yu R., Zhou B. (Eds.). Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2023. 2391 p. doi: 10.1017/9781009157896.
2. Heyer J., Berger U., Kuzin I.L., Yakovlev, O.N. Methane emissions from different ecosystem structures of the subarctic tundra in Western Siberia during midsummer and during the thawing period // Tellus B: Chemical and Physical Meteorology. 2002. Vol. 54 (3). P. 231-249.
3. Сабреков А.Ф., Глаголев М.В., Клепцова И.Е., Максютов Ш.Ш. Эмиссия метана из болот тундры: Результаты наблюдений 2010 г. // Динамика окружающей среды и
глобальные изменения климата. 2011. Т. 2. №. 1 (3). C. 1-16.
4. Голубятников Л.Л., Казанцев В.С. Вклад тундровых озёр Западной Сибири в метановый бюджет атмосферы // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2013. Т. 49. № 4. С. 430-438.
5. Serikova S., Pokrovsky O.S., Laudon H., Krickov I.V., Lim A.G., Manasypov R.M., Karlsson J. High carbon emissions from thermokarst lakes of Western Siberia // Nature Communications. 2019. Vol. 10. №. 1. P. 1552.
6. Flessa H., Rodionov A., Dyckmans J., Guggenberger, G. Landscape controls of CH4 fluxes and soil organic matter in a catchment of the forest tundra at the lower Yenissej. In Symptom of Environmental Change in Siberian Permafrost Region. Proceedings of the International Symposium of JSPS Core to Core Program between Hokkaido University and Martin Luther University Halle-Wittenberg (29-30 November 2005, Sapporo, Japan) / Hatano R., Guggenberger G. (Eds.). Sapporo: Hokkaido University Press, 2006. P. 65-74.
7. Kazantsev V.S., Krivenok L.A., Dvornikov Y.A., Lomov V.A., Sabrekov A.F. Methane Emission from Lakes in the North of Western Siberia // Izv. Atmos. Ocean. Phys. 2023. Vol. 59. P. 264-274. doi: 10.1134/S0001433823030052.
8. Le Mer J., Roger P. Production, oxidation, emission and consumption of methane by soils: a review // European journal of soil biology. 2001. V. 37 (1). P. 25-50.
9. Moore T.R., Dalva M. The influence of temperature and water-table position on carbondioxide and methane emissions from laboratory columns of peatland soils // European Journal of Soil Science. 1993. V 44 (4). P. 651-664.
10. Van Bodegon P.M., Stams A.J.M. Effects of alternative electron acceptors and temperature on methanogenesis in rice paddy soils // Chemosphere. 1999. V. 39 (2). P. 167-182.
11. Геокриология СССР. Средняя Сибирь / Под ред. Ершова Э.Д. М.: Недра, 1989. 414 с.
12. Ковпий А.Н. Отчет: «Комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка масштаба 1:200 000 (Листы R-45-79-82; 91-94; 103-106; 115-118) за 19931999 гг.).» Талнах: ПГП «Норильскгеология», 2000.
13. Карта четвертичных образований. Государственная геологическая карта Российской Федерации (третье поколение). Масштаб 1:1 000 000. Серия Норильская. Лист R-45. СПб.: Картфабрика ВСЕГЕИ, 2016.
14. Объяснительная записка. Государственная геологическая карта Российской Федерации (третье поколение). Масштаб 1 : 1 000 000. Серия Норильская. Лист R-45. СПб.: Картфабрика ВСЕГЕИ, 2016. С. 320.
15. Толманов В.А., Гребенец В.И., Исаков В.А., Керимов А.Г. Деформации дорожного полотна в сложных мерзлотногеологических условиях Норильского Промрайона. Материалы докладов XIII Общероссийской научно-практической конференции и выставки «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации». Москва: Геомаркетинг, 2017. С. 251-258.
16. Кравцова В.И., Железный О.М. Динамика растительности Норильского промышленного района под влиянием аэротехногенных и природных факторов. ИнтерКарто. ИнтерГИС. Геоинформационное обеспечение устойчивого развития территорий: Материалы Междунар. конф. Москва: Географический факультет МГУ, 2022. Т. 28 (1). С. 325-345.
17. Усова Л.И. Практическое пособие по ландшафтному дешифрированию аэрофотоснимков различных типов болот Западной Сибири. СПб.: Нестор-История, 2009. 78 с.
18- Hutchinson G.L., Mosier A.R. Improved soil cover method for field measurement of nitrous oxide fluxes // Soil Science Society of America Journal. 1981. Vol. 45 (2). P. 311-316.
19. Глаголев М.В., Сабреков А.Ф., Казанцев В.С. Физикохимия и биология торфа. Методы измерения газообмена на границе почва-атмосфера. Томск: Изд-во ТГПУ, 2010. 104 с.
20. Greenhouse Gas Emissions: Fluxes and Processes, Hydroelectric Reservoirs and Natural Environments. Environmental Science Series / Tremblay A., Varfalvy L., Roehm C., Garneau M. (Eds.). N.Y.: Springer, 2005. 732 p.
21. Fiedler J., Fuß R., Glatzel S., Hagemann U., Huth V., Jordan S., Jurasinski G., Kutzbach L., Maier M., Schaefer K., Weber T., Weymann D. Best practice guidline: Measurement of carbon dioxide, methane and nitrous oxide fluxes between soil-vegetation-systems and the atmosphere using non-steady state chambers. Göttingen: Arbeitsgruppe Bodengase, Deutsche Bodenkundliche Gesellschaft, 2022. 70 p. doi: 10.23689/fidgeo-5422.
22. Сабреков А.Ф., Глаголев М.В., Клепцова И.Е., Башкин В.Н., Барсуков П.А, Максютов Ш.Ш. Вклад мерзлотных бугров в эмиссию метана из болот тундры Западной Сибири // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. 2011. Т. 2. №. 2 (4). C. 2.
Результаты процедуры рецензирования статьи
В связи с политикой двойного слепого рецензирования личность рецензента не раскрывается.
Со списком рецензентов издательства можно ознакомиться здесь.
Предмет исследования являются, по мнению автора, особенности изучения образования и эмиссия парниковых газов из природных экосистем Норильского промышленного района причем источниками метана и углекислого газа в атмосфере являются как антропогенные, так и природные, среди последних значимую роль играют озера, реки, б о ло та .
Методология исследования исходя из анализа статьи можно сделать вывод о использовании методов предварительного районирования территории по природным условиям, определяющим формирование многолетнемерзлых пород, дистанционного мониторинга земной поверхности для выявления типичных ландшафтов. Автор статьи исследовал время полевых исследований удельные потоки метана и углекислого газа, степень увлажненности почвогрунтов в зависимости от геоморфологии и многолетнемерзлых пород, проводил статистическая обработка данных полученный от проксимацией измеренных значений в при помощи функции density c определением оптимальной ширины окна методом Sheather & Jones (1991). Автором предпринятой экспедиционные полевые методы исследования, эксперименты в исследования потоков парниковых газов с последующих камеральной обработкой.
Актуальность затронутой темы мониторинге безусловна и состоит в получении информации об актуальных процессах изменения климата, обусловленные в том числе ростом содержания в атмосфере парниковых газов начиная с середины XIX века к числу которых относятся водяной пар, метан и углекислый газ. Одной из актуальных задач современной экологии является инвентаризация источников ПГ в глобальном масштабе для адекватной оценки эмиссии парниковых газов природными и антропогенными источниками, так и для построения и верификации прогнозных моделей эмиссии в
условиях изменения климата. Исследования автора статьи помогают понять механизм газообмена на изменение погодно-климатических условий.
Научная новизна заключается в попытке автора статьи на основе проведенных исследований сделает вывод о результатах натурных, лабораторных и теоретических изысканиях в рамках исследования эмиссии метана и углекислого газа с поверхности естественных экосистем в пределах Норильского промышленного района в границах шести выделенных ландшафтных районов. Полученные результаты показывают значительную вариабельность эмиссии парниковых газов для различных типов экосистем, что является важным дополнением в развитии геоэкологии. Стиль, структура, содержание стиль изложения результатов достаточно научный. Статья снабжена богатым иллюстративным материалом, отражающим процесс образования эмиссии метана и углекислого газа с поверхности естественных экосистем. Таблицы, графики, фотографии весьма иллюстративный, хотя таблица можно было бы и несколько сократить проведя систематизацию представленного материала или визуализировать в форме диаграмм. В лабораторных условиях рассмотрены процессы изучения в разных ландшафтах, что делает представленные автором статьи результаты весьма инте ре с ными.
Библиография весьма исчерпывающая для постановки рассматриваемого вопроса, но не содержит ссылки на нормативно-правовые акты.
Апелляция к оппонентам представлена в выявлении проблемы на уровне имеющейся информации, полученной автором в результате анализа.
Выводы, интерес читательской аудитории в выводах есть обобщения, позволившие применить полученные результаты. Целевая группа потребителей информации в статье не указана.
