Международный коллектив ученых из восьми стран, куда входил и сотрудник Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН (Якутск), исследовал процессы образования и окисления метана в одном из термокарстовых озер Севера. Данные, изложенные в статье, которая вышла в журнале Scientific Reports, позволяют расширить знания о том, как может происходить выделение и поглощение этого парникового газа в водных экосистемах Арктики.

В связи с потеплением климата многолетняя мерзлота, занимающая значительную территорию нашей страны, деградирует. Эти процессы приводят к тому, что, во-первых, изменяется сам рельеф местности: почва проседает, поскольку лед внутри нее превращается в воду. Так образуются болота и термокарстовые озера. Во-вторых, органика, находящаяся в многолетнемерзлых породах, под действием тепла начинает разлагаться и выделять в том числе метан — один из парниковых газов.

Термокарстовые озера на Енисейском Севере 

   Термокарстовые озера на Енисейском Севере

«Вообще, СН4 — очень актуальная тема в последние 20—25 лет, — говорит один из авторов статьи ведущий научный сотрудник ИМЗ СО РАН кандидат географических наук Никита Иванович Тананаев. — Особенно это касается того метана, что попадает в атмосферу из озер и болот, которые являются, можно сказать, его родиной. Важно понять, откуда берется СН4 в приповерхностной зоне водоема, как в этот слой (он называется эпилимнион) переносится и куда уходит в дальнейшем».

Ученых, которые занимаются этой тематикой, интересует биогенный метан — то есть тот, который главным образом производится бактериями в анаэробных (при отсутствии кислорода) условиях. Именно такой средой являются донные отложения озер. «Вообще, самая первая гипотеза по этому поводу была следующей: метан вырабатывается там, затем путем диффузии или пузырькового транспорта доходит до поверхности и частично поедается бактериями-метанотрофами, а частично — вылетает в атмосферу», — объясняет Никита Тананаев. Однако позже выяснилось, что не весь СН4 имеет своим источником донные отложения: частично он может вырабатываться бактериями непосредственно в эпилимнионе, а частично — поступать в озера с притоком воды. Со временем стали понятны и другие процессы, которые происходят внутри водоемов и тоже участвуют в цикле метана.

«В итоге так и возникла идея нашего исследования — выбрать несколько озер в разных мерзлотных условиях, взять образцы, провести измерения, попробовать оценить происходящее в толще воды по данным как полевых измерений, так и лабораторных результатов, — рассказывает Никита Тананаев. — В число измеряемых параметров вошли: концентрации растворенного кислорода, метана, углекислого газа, растворенного углерода, изотопный состав углерода и водорода в метане и СО2, видовой состав архей (микроорганизмов, которые потребляют или выделяют СН4). Дальше мы моделировали процесс вертикального переноса метана и сравнивали с фактическими данными, чтобы понять, в чем причина ошибок моделирования, какие процессы и за что могут отвечать».

 

Панорама озера, где были проведены исследования. Фото проекта METHANOBASE 

   Панорама озера, где были проведены исследования. Фото проекта METHANOBASE

По словам ученого, озеро было выбрано совершенно случайным образом: оно было типичным для водоемов такого происхождения, и в его развитии основную роль играет таяние вечной мерзлоты. «Сначала коллеги его назвали "Никита", в мою честь, но потом для публикации все-таки передумали», — улыбается исследователь.

Самое важное, что удалось показать специалистам: весь метан в эпилимнионе озера выработан в нем же или поступил с боковым притоком воды. Со дна не поднялось нисколько СН4, он весь окислился бактериями, далеко не достигнув поверхности. «Кроме того, есть еще интересные результаты: во-первых, оказалось, что ниже четырех метров в озере отсутствует растворенный кислород; во-вторых, в интервале глубин от четырех до шести метров отсутствует и растворенный метан; в-третьих, оказалось, что СН4 в бескислородной части озера потребляют аэробные метанокисляющие бактерии, а не анаэробные», — говорит Никита Тананаев. 

Он приводит абсолютные величины. Если говорить про общий бюджет метана в озере, то получается, что в самый нижний слой (гиполимнион) поступает около 113 микромоль СН4 в час с квадратного метра площади. Еще 498 микромоль производится археями в водной толще гиполимниона — итого 611 микромоль в час. Весь этот объем потребляется в верхней части металимниона (промежуточного слоя воды). Причем, как выяснилось, метан перерабатывается в основном аэробными метанотрофами, которые оказываются активны в бескислородных водах. «Возможно, весь кислород в гиполимнионе как раз потребляется этими бактериями, поэтому он и отсутствует в воде, — комментирует Никита Тананаев. — Однако весь метан, который находится в приповерхностной зоне, выделяется в атмосферу, но это составляет около 56 микромоль в час с квадратного метра, то есть на порядок меньше, чем вырабатывается в гиполимнионе».

Специалист отмечает, что пока неясно, с чем связаны эти особенности цикла метана в конкретном изученном озере. Чтобы понять, частный ли это случай или закономерность, нужны дальнейшие исследования, а также определенные характеристики водоема. Он должен быть достаточно глубоким, чтобы арктическим летом в нем могла развиться устойчивая и выраженная стратификация — разделение на резко отличающиеся по своим свойствам слои.

«Раньше считалось, будто деградация вечной мерзлоты будет обязательно приводить к увеличению выбросов метана из термокарстовых озер, а наша статья показывает, что эмиссия СН4 может регулироваться внутренним циклом этого газа в самом озере, и связь между потеплением и эмиссией метана сложнее, чем казалось раньше», — подчеркивает Никита Тананаев.

Екатерина Пустолякова

Фото предоставлены Никитой Тананаевым

Источники

Исследователи изучили цикл метана в термокарстовом озере
Наука в Сибири (sbras.info), 23/06/2020
Бактерии помешали выбросам метана со дна сибирского озера попасть в атмосферу
Зеленоград info (зеленоград-инфо.рф), 23/06/2020
Бактерии помешали выбросам метана со дна сибирского озера попасть в атмосферу
ТАСС, 23/06/2020
Что скрывает вечная мерзлота: залежи метана в термокарстовых озерах
Seldon.News (news.myseldon.com), 23/06/2020
Что скрывает вечная мерзлота: залежи метана в термокарстовых озерах
Pcnews.ru, 23/06/2020
Исследователи изучили цикл метана в термокарстовом озере
Популярная механика (popmech.ru), 23/06/2020
При таянии вечной мерзлоты в атмосферу попадает только часть метана - исследование
Национальная ассоциация нефтегазового сервиса (nangs.org), 23/06/2020
Ученые: не весь метан, высвобождающийся из вечной мерзлоты, может попадать в атмосферу
Neftegaz.ru, 26/06/2020
Бактерии мешают метану из сибирских озер попадать в атмосферу
Погода и Климат (pogodaiklimat.ru), 26/06/2020
Ученые: не весь метан, высвобождающийся из вечной мерзлоты, может попадать в атмосферу
News-Life (news-life.pro), 26/06/2020
Ученые исследовали образование и окисление метана в термокарстовом озере
Город финансов (gorodfinansov.ru), 30/06/2020
Ученые исследовали образование и окисление метана в термокарстовом озере
Научная Россия (scientificrussia.ru), 30/06/2020
Ученые исследовали образование и окисление метана в термокарстовом озере
Национальная ассоциация нефтегазового сервиса (nangs.org), 30/06/2020

Похожие новости

  • 01/12/2017

    Американский ученый представил итоги исследований вечной мерзлоты в Якутии

    Профессор Аляскинского университета в Фэрбенксе Кенджи Йошикава презентовал в Якутске итоги международного проекта по изучению вечной мерзлоты, реализованного с привлечением свыше 500 сельских школ стран циркумполярного мира, в том числе в регионах России.
    2402
  • 06/06/2017

    Энциклопедия «Животные Якутии» признана одной из лучших книг России

    Энциклопедия "Животные Якутии" национального издательства "Бичик" получила диплом финалиста в номинации "Увлекательное краеведение" на всероссийском конкурсе региональной и краеведческой литературы "Малая Родина".
    2556
  • 12/07/2018

    11 июля 2018 года Геологическому музею имени Н.В. Черского исполняется 60 лет

    ​Геологический музей Института геологии алмаза и благородных металлов СО РАН был основан в 1958 г. в составе Института геологии Якутского филиала СО АН СССР. За годы существования музея в нем накоплены многие тысячи образцов различных минералов, горных пород, полезных ископаемых, драгоценных камней и металлов, а также остатков древней органической жизни Якутии.
    1174
  • 26/06/2020

    Эксперт: аномальная жара и пожары на севере Якутии приведут к усилению таяния мерзлоты

    ​Аномальная жара и природные пожары в Верхоянском районе на севере Якутии могут привести к усилению таяния вечной мерзлоты и образованию термокарстовых озер и оврагов. Такое мнение выразил ТАСС кандидат географических наук, научный сотрудник Института мерзлотоведения Сибирского отделения РАН Никита Тананаев.
    1325
  • 01/10/2020

    Делегация вузов Санкт-Петербурга прибудет в Якутск для проработки участия в НОЦ «Север»

    Делегация из Санкт-Петербурга, в которой примут участие несколько учебных заведений города, отправится в Якутск во второй половине октября для детальной проработки дальнейшего участия петербургских вузов в Научно-образовательном центре (НОЦ), создаваемом в Якутии по нацпроекту "Наука".
    758
  • 07/07/2020

    Эксперт: аномальная жара в Якутии может привести к нарушению экосистем

    Аномальная жара в северных районах Якутии может привести к нарушению экосистем, изменению ареала обитания животных и растений, а также образованию так называемых зомби-пожаров, тлеющих под землей в зимнее время.
    658
  • 11/08/2020

    Исследования студентов СВФУ пригодятся в изучении изменений климата Якутии

    Во время глобальных природных изменений леса служат экологическими индикаторами. Выпускница Института естественных наук Северо-Восточного федерального университета Анастасия Нестерович изучает биогеохимические особенности лиственничных лесов Центральной Якутии.
    557
  • 06/09/2018

    Статья месяца журнала «Геология и геофизика»: август 2018

    Журнал "Геология и геофизика" поздравляет В.А. Каширцева с юбилеем и представляет августовскую статью месяца. Известному советскому и российскому ученому, геологу и геохимику, чл.-кор. РАН Владимиру Аркадьевичу Каширцеву 23 августа исполнилось 75 лет.
    1919
  • 01/02/2018

    Эксперты решают, как спасти уникальные экологические системы Севера

    ​​Вечная мерзлота, которая занимает 65% территории России и порядка 30% территории мира, в XXI веке оказалась под угрозой деградации из-за глобального потепления климата и хозяйственной деятельности человека.
    1352
  • 13/03/2019

    Большая вода: как снизить риски половодья в Арктике

    В 2018 году теплая весна в Якутии привела к масштабным паводкам. В этом году власти предусмотрели финансовый резерв на ликвидацию последствий и готовятся к стихии за несколько месяцев. Власти Якутии уже начали подготовку к весеннему половодью, так как толщина льда на реках превышает норму.
    827