Почтовый адрес: САФУ, Редакция «Arctic Environmental Research», наб. Северной Двины, 17, г. Архангельск, Россия, 163002
Местонахождение: Редакция «Arctic Environmental Research», наб. Северной Двины, 17, ауд. 1410а, г. Архангельск

Тел: (818-2) 21-61-21 
Сайт: http://aer.narfu.ru/
e-mail: vestnik_est@narfu.ru;
            vestnik@narfu.ru

О журнале

Накопление метана в промерзающих и мерзлых почвах криолитозоны. С. 173–184

Версия для печати

Рубрика: Науки о земле

УДК

551.343.7:550.47

Сведения об авторах

Г.Н. Краев*, Е.М. Ривкина**
*Центр по проблемам экологии и продуктивности лесов РАН (Москва)
**Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Московская обл., Серпуховский район, г. Пущино)
Контактное лицо: Краев Глеб Николаевич, адрес: 117997, Москва, ул. Профсоюзная, д. 84/32; e-mail: kraevg@gmail.com

Аннотация

Несмотря на увеличение качества и количества исследований, разброс оценок эмиссии метана заболоченными землями Арктики остается и изменяется в пределах 30·1012 г. Это связано с высокой пространственно-временной изменчивостью условий, благоприятных для биологической продукции и окисления метана, а также с факторами, определяющими диффузионный обмен между почвой и атмосферой. Так, зимний поток метана, формирующийся при промерзании почв, до недавнего времени считали пренебрежимо малым. Данные единичных измерений позволяют оценивать его вклад в годовой обмен метана между почвой и атмосферой величиной до 25 %. В настоящем исследовании показано, что часть метана задерживается в промерзшей почве. Установлены количество и продолжительность сохранения метана в промерзающих и мерзлых почвах северо-востока Сибири. Содержание метана в нижней части сезонноталого слоя составляло в среднем 1,4 см3/кг. Концентрация метана в переходном слое многолетней мерзлоты, протаивающем в отдельные теплые годы, достигала 15 см3/кг. Чтобы определить источники повышенного содержания метана в почвах, проанализирован вклад биологических и физических процессов: потенциальной продукции метана в промерзающей и мерзлой почве и криогенного отжима метана во время промерзания к кровле мерзлых пород. В формировании горизонтов с повышенным содержанием метана принимают участие как биологические, так и криогенные процессы. Метан накапливается при промерзании почвы, формируя разобщенные локализованные максимумы концентраций на участках, где условия благоприятствуют его продукции и захоронению на подошве деятельного слоя, а не распределяется равномерно. Метан может сохраняться в почве до ее оттаивания. Поток метана, образованного в сезонноталых и периодически оттаивающих горизонтах мерзлоты в условиях наблюдаемых участков, может достигать 3 г/м2 в год.

Ключевые слова

многолетняя мерзлота, сезонное промерзание, мощность сезонноталого слоя, криолитозона, продукция метана, газообмен почвы, зимняя температура почвы
Скачать статью (pdf, 2.3MB )

Список литературы

  1. Solomon S., Qin D., Manning M., Chen Z., Marquis M., Averyt K.B., Tignor M., Miller H.L. Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, England: Cambridge University Press, 2007. 996 p. 
  2. Sachs T., Wille C., Boike J., Kutzbach L. Environmental Controls on Ecosystem-Scale CH4 Emission from Polygonal Tundra in the Lena River Delta, Siberia // Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 2008. Vol. 113, iss. G3. 
  3. Кривенок Л.А., Глаголев М.В., Фастовец И.А., Смоленцев Б.А., Максютов Ш.Ш. Удельные потоки метана из экосистем южной тундры Западной Сибири // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. 2014. Т. 5, № 1(9). С. 1–17. 
  4. McGuire A.D., Christensen T.R., Hayes D., Heroult A., Euskirchen E., Kimball J.S., Koven C., Lafleur P., Miller P.A., Oechel W., Peylin P., Williams M., Yi Y. An Assessment of the Carbon Balance Of Arctic Tundra: Comparisons Among Observations, Process Models, and Atmospheric Inversions // Biogeosciences. 2012. Vol. 9, iss. 8. P. 3185–3204. 
  5. Clever H.L., Young C.L. Methane. Oxford, England: Pergamon Press, 1987. 783 p. (Solubility Data Series, vol. 27–28). 
  6. Глаголев М.В., Клепцова И.Е. К вопросу о механизме выхода пузырьков метана из торфяника // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. 2012. Т. 3, № 3. С. 54–63. 
  7. Ramirez J.A., Baird A.J., Coulthard T.J. The Effect of Pore Structure on Ebullition from Peat // Journal of Geophysical research: Biogeosciences. 2016. Vol. 121, iss. 6. P. 1646–1656. 
  8. Liu L., Wilkinson J., Koca K., Buchmann C., Lorke A. The Role of Sediment Structure in Gas Bubble Storage and Release // Journal of Geophysical Research: Biogeosciences. 2016. Vol. 121, iss. 7. P. 1992–2005. 
  9. Rivkina E., Gilichinsky D., McKay C., Dallimore S. Methane Distribution in Permafrost: Evidence for an Interpore Pressure Methane Hydrate // Permafrost Response on Economic Development, Environmental Security and Natural Resources. Dordrecht, Netherlands: Kluwer Academic, 2001. P. 487–496. 
  10. Wolf B., Chen W., Brüggemann N., Zheng X., Pumpanen J., Butterbach-Bahl K. Applicability of the Soil Gradient Method for Estimating Soil−Atmosphere CO2, CH4, and N2O Fluxes for Steppe Soils in Inner Mongolia // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 2011. Vol. 174, № 3. P. 359−372. 
  11. Kim Y., Ueyama M., Nakagawa F., Tsunogai U., Harazono Y., Tanaka N. Assessment of Winter Fluxes of CO2 and CH4 in Boreal Forest Soils of Central Alaska Estimated by the Profile Method and the Chamber Method: A Diagnosis of Methane Emission and Implications for the Regional Carbon Budget // Tellus. Ser. B: Chemical and Physical Meteorology. 2007. Vol. 59, № 2. Р. 223−233. 
  12. Mastepanov M., Christensen T.R. Bimembrane Diffusion Probe for Continuous Recording of Dissolved and Entrapped Bubble Gas Concentrations in Peat // Soil Biology and Biochemistry. 2008. Vol. 40, № 12. P. 2992–3003. 
  13. Tagesson T., Mölder M., Mastepanov M., Falk J.M., Lindroth A., Christensen T.R., Ström L., Sigsgaard C., Tamstorf M.P., Lund M. Land-Atmosphere Exchange of Methane from Soil Thawing to Soil Freezing in a High-Arctic Wet Tundra Ecosystem // Global Change Biology. 2012. Vol. 18, № 6. Р. 1928–1940. 
  14. Kutzbach L., Wagner D., Pfeiffer E.-M. Effect of Microrelief and Vegetation on Methane Emission from Wet Polygonal Tundra, Lena Delta, Northern Siberia // Biogeochemistry. 2004. Vol. 69, № 3. Р. 341–362. 
  15. Zona D., Gioli B., Commane R., Lindaas J., Wofsy S.C., Miller C.E., Dinardo S.J., Dengel S., Sweeney C., Karion A., Chang R.Y.-W., Henderson J.M., Murphy P.C., Goodrich J.P., Moreaux V., Liljedahl A., Watts J.D., Kimball J.S., Lipson D.A., Oechel W.C. Cold Season Emissions Dominate the Arctic Tundra Methane Budget // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2016. Vol. 113, № 1. Р. 40–45. 
  16. Shur Yu., Hinkel K.M., Nelson F.E. The Transient Layer: Implications for Geocryology and Climate-Change Science // Permafrost and Periglacial Processes. 2005. Vol. 16, iss. 1. Р. 5–17. 
  17. Murton J.G., Goslar T., Edwards M.E., Bateman M.D., Danilov P.P., Savvinov G.N., Gubin S.V., Ghaleb B., Haile J., Kanevskiy M., Lozhkin A.V., Lupachev A.V., Murton D.K., Shur Yu., Tikhonov A., Vasil’chuk A.C., Vasil’chuk Yu.K., Wolfe S.A. Palaeoenvironmental Interpretation of Yedoma Silt (Ice Complex) Deposition as Cold-Climate Loess, Duvanny Yar, Northeast Siberia // Permafrost and Periglacial Processes. 2015. Vol. 26, iss. 3. Р. 208–288. 
  18. Каплина Т.Н. Аласные комплексы Северной Якутии // Криосфера Земли. 2009. Т. XIII, № 4. С. 3–17. 
  19. McAuliffe C. GC Determination of Solutes by Multiple Phase Equilibration // Chem. Tech. 1971. № 1. P. 46–51. 
  20. Ривкина Е.М., Лауринавичюс К.С., Гиличинский Д.А., Щербакова В.А. Метанообразование в вечномерзлых отложениях // Докл. Акад. наук. 2002. Т. 383, № 6. С. 830–833. 
  21. Арэ Ф.Э. Проблема эмиссии глубинных газов в атмосферу // Криосфера Земли. 1998. Т. II, № 4. С. 42–50. 
  22. Samarkin V.A., Fedorov-Davydov D.G., Vecherskaya M.S., Rivkina E.M. CO2 and CH4 Emission on Cryosols and Subsoil Permafrost Possible Global Climate Change // Soil Processes and Greenhouse Effect. Lincoln, USA: US National Soil Survey Center, 1994. Р. 55–71. 
  23. Краев Г.Н., Шульце Э.-Д., Ривкина Е.М. Криогенез как фактор распределения метана в горизонтах мерзлых пород // Докл. Акад. наук. 2013. Т. 451, № 6. С. 684–687. 
  24. Краев Г.Н. Закономерности распространения метана в многолетнемерзлых породах на Северо-Востоке России и прогноз его поступления в атмосферу: дис. … канд. геогр. наук. М., 2010. 131 с.