Эмиссия метана из донных отложений Выгозерского водохранилища

Представлены результаты исследования распределения метана в придонных водах и донных отложениях в различных районах Выгозерского водохранилища, которые были выделены в соответствии с морфологией котловины и различными условиями формирования донных отложений: юго-восточный район – в прошлом затопленные болота, устьевые участки рек и оз. Бобровое, центральный район – оз. Выгозера до затопления и северный район – зона развития течений под влиянием р. Сегежи, испытывающая воздействие сточных вод Сегежского ЦБК.
Выявлено, что содержание метана в Выгозерском водохранилище сопоставимо с данными, полученными при исследовании других водоемов умеренного климата. Показан неравномерный характер распределения газа (от 0,75 · 10 –³ до 1,7 · 10–³ мг/л в придонной воде и от 0,1 до 1,2 мг/л в донных отложениях). Наиболее высокие концентрации зафиксированы в юго-восточном районе, минимальные – в северном, что определяется качественным составом органического вещества (фульватный характер гумуса в юго-восточном районе в отличии от преобладания гуминовых кислот в других районах, а также высокое содержание серы в осадках северного района) и термическими условиями (более прогреваемый мелководный юго-восточный район).
Скорость поступления газа из донных отложений варьировала от 6,36 до 14,16 мгСН₄/(м² · сут) в зависимости от района: максимум отмечен в юго-восточной части, минимум – в северной части водохранилища. Суммарный поток метана из донных отложений составил более 11 т/сут. Доказано, что пространственная неоднородность распределения метана в водохранилище связана с морфологией котловины, неравномерным распределением речного стока и антропогенной нагрузки в настоящем, а также во многом определяется историей водоема, а именно захоронением органического вещества разного генезиса при формировании нового ложа водохранилища после его затопления.

1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: МГУ, 1982. 490 с.

2. Белкина Н.А. Донные отложения Выгозерского водохранилища // Крупнейшие озера-водохранилища СевероЗапада европейской территории России: современное состояние и изменения экосистем при климатических и антропогенных воздействиях / под ред. Н.Н. Филатова. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2015. С. 247–256.

3. Белкина Н.А. Ретроспективная оценка состояния донных отложений Выгозерского водохранилища // Водные ресурсы. 2014. Т. 41. № 3. С. 270–279.

4. Гарькуша Д.Н., Федоров Ю.А. Оценка общего объема, эмиссии и окисления метана в воде и донных отложениях Черного моря // Международный научно-исследовательский журнал. 2020. № 12-2(102). С. 6–13.

5. Гарькуша Д.Н., Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С. Расчет элементов баланса метана в водных экосистемах Азовского моря и Мирового океана на основе эмпирических формул // Метеорология и гидрология. 2016. № 6. С. 48–58.

6. Гарькуша Д.Н., Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Андреев Ю.А., Михайленко О.А. Метан в воде и донных отложениях озера Байкал // Водные ресурсы. 2019. Т. 46. № 5. С. 511–522.

7. Гарькуша Д.Н., Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С. Пространственно-временные закономерности распределения содержания метана в водохранилищах // Геополитика и экогеодинамика регионов. 2014. Т. 10. № 1. С. 450–466.

8. Гречушникова М.Г., Ломова Д.В., Ломов В.А., Кременецкая Е.Р., Ефимова Л.Е., Репина И.А. Эмиссия метана на границах «вода – донные отложения» и «вода – атмосфера» в слабопроточном долинном водохранилище. Научные проблемы оздоровления российских рек и пути их решения: сб. науч. трудов. 2019. С. 327–331.

9. Гречушникова М.Г., Школьный Д.И. Оценка эмиссии метана водохранилищами России // Водное хозяйство России. 2019. № 2. С. 58–71.

10. Дзюбан А.Н. Метан в донных отложениях Череповецкой зоны Рыбинского водохранилища и оценка его микробиологической трансформации и эмиссии // Гидробиологический журнал. 2009. Т. 45. № 6. С. 36–42.

11. Дзюбан А.Н. Метан и микробиологические процессы его трансформации в воде верхневолжских водохранилищ // Водные ресурсы. 2002. Т. 29. № 1. С. 68–78.

12. Леин А.Ю., Иванов М.В. Биогеохимический цикл метана в океане. М.: Наука, 2009. 576 с.

13. Лозовик П.А. Выгозерское водохранилище // Крупнейшие озера-водохранилища Северо-Запада европейской территории России: современное состояние и изменения экосистем при климатических и антропогенных воздействиях / под ред. Н.Н. Филатова. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2015. С. 227–241.

14. Ломов В.А., Гречушникова М.Г., Репина И.А., Степаненко В.М., Казанцев В.С., Артамонов А.Ю. Эмиссия метана с поверхности водохранилищ // Третьи виноградовские чтения. Грани гидрологии: сб. докладов Международной науч. конференции памяти Ю.Б. Виноградова / под ред. О.М. Макарьевой. 2018. С. 401–405.

15. Малахова Т.В., Малахова Л.В., Будников А.А., Иванова И.Н. Пространственно-временная изменчивость содержания метана в Севастопольской бухте и его эмиссии в атмосферу // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2020. № 3. С. 73–80.

16. Озера Карелии: справочник / под ред. Н.Н. Филатова, В.И. Кухарева. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2013. 464 с.

17. Потахин М.С., Белкина Н.А., Слуковский З.И., Новицкий Д.Г., Морозова И.В. Изменение донных отложений Выгозера в результате многофакторного антропогенного воздействия // Общество. Среда. Развитие. 2018. № 3(48). С. 107–117.

18. РД 52.24.511-2013. Массовая доля метана в донных отложениях. Методика измерений газохроматографическим методом с использованием анализа равновесного пара. Ростов н/Д: Гидрохим. ин-т, 2013. 19 с.

19. РД 52.24.512-2012. Объемная концентрация метана в водах. Методика измерений газохроматографическим методом с использованием анализа равновесного пара. Ростов н/Д: Гидрохим. ин-т, 2012. 23 с.

20. Саломатин А.С., Юсупов В.И., Верещагина О.Ф., Черных Д.В. Акустическая оценка концентрации метана в водной толще в областях его пузырьковой разгрузки // Акустический журнал. 2014. Т. 60. № 6. C. 638–644.

21. Стрелецкая И.Д., Лейбман М.О., Кизяков А.И., Облогов Г.Е., Васильев А.А., Хомутов А.В., Дворников Ю.А. Подземные льды и их роль в формировании воронки газового выброса на полуострове Ямал // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2017. № 1. С. 91–99. Федоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Гарькуша Д.Н., Хорошевская В.О. Метан в воде и донных отложениях Рыбинского водохранилища: распределение и биогеохимические особенности образования // Деп. в ВИНИТИ РАН 02.06.99. № 1756-В-99. Ростов н/Д, 1999. 82 с.

22. Холодов В.А., Ярославцева Н.В., Фарходов Ю.Р., Яшин М.А., Лазарев В.И., Ильин Б.С., Филиппова О.И., Воликов А.Б., Иванов А.Л. Оптические характеристики экстрагируемых фракций органического вещества типичных черноземов в многолетних полевых опытах // Почвоведение. 2020. Т. 53. № 6. С. 39–748.

23. Черницына С.М., Мамаева Е.В., Ломакина А.В., Погодаева Т.В., Галачьянц Ю.П., Букин С.В., Пименов Н.В.,

24. Хлыстов О.М., Земская Т.И. Структура микробных сообществ в донных отложениях Посольской Банки, озеро Байкал // Микробиология. 2016. Т. 85. № 6. C. 672–680.

25. Blott S.J., Pye K. Gradistat: a grain size distribution and statistics package for the analysis of unconsolidated sediments, Earth Surface Processes and Landforms, 2001, vol. 26, iss. 11, p. 1237–1248, DOI: 10.1002/esp.261.

26. Deemer R., Harrison A., Li S., Beaulieu J., Delsontro T. Greenhouse Gas Emissions from Reservoir Water Surfaces: A New Global Synthesis, BioScience, 2016, vol. 66, no. 11, p. 949–964.

27. Forster P., Ramaswamy V., Artaxo P. et al. Changes in atmospheric constituents and in Radiative Forcing, Asses. Report of the IPCC, Cambridge University Press, Cambridge, 2007, р. 129–217.

28. Gruca-Rokosz R., Tomaszek J.A. Methane and Carbon Dioxide in the Sediment of a Eutrophic Reservoir: Production Pathways and Diffusion Fluxes at the Sediment – Water Interface, Water Air Soil Pollut., 2015, vol. 226:16, DOI: 10.1007/s11270-014-2268-3.

29. Hakanson L., Jansson M. Principles of lake sedimentology, Berlin, 1983, 316 p.

30. Huttunen J.T., Väisänen T.S., Hellsten S.K., Mertikainen P.J. Methane fluxes at the sediment – water interface in some boreal lakes and reservoirs, Boreal Environmental Research, 2006, no. 11, p. 27–34.

31. IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, R.K. Pachaur, L.A. Meyer (eds.), IPCC, Geneva, Switzerland, 151 p.

32. Judd A.G. The global importance and context of methane escape from the seabed, Geo-Marine Letters, 2003, vol. 23, no. 34, p. 47–154, DOI: 10.1007/s00367-003-0136-z.

33. Langenegger T., Vachon D., Donis D., McGinnis D.F. What the bubble knows: Lake methane dynamics revealed by sediment gas bubble composition, Limnology and Oceanography, 2019, vol. 64, p. 1526–1544, DOI: 10.1002/lno.11133.

34. Lima I.B.T., Ramos F.M., Bambace L.A.W., Rosa R.R. Methane Emissions from Large Dams as Renewable Energy Resources: A Developing Nation Perspective, Mitigation and Adaption Strategies for Global Change, 2008, no. 13, p. 193–206, DOI: 10.1007/s11027-007-9086-5.

35. Lorenzen C.J. Determination of chlorophyll and phaeopigments: spectrophotometric equations, Limnology and Oceanography, 1967, vol. 12, no. 2, p. 343–346.

36. Louis V.L., Kelly C.A., Duchemin E., Rudd J.W.M., Rosenberg D.M. Reservoir surfaces as sources of greenhouse gases to the atmosphere: a global estimate, Bioscience, 2000, vol. 50, p. 766–775.

37. McGinnis D.F., Greinert J., Artemov Y., Beaubien S.E., Wüest A. Fate of rising methane bubbles in stratified waters: How much methane reaches the atmosphere? Journal of Geophysical Research, 2006, vol. 111, no. 9, C09007, DOI: 10.1029/2005JC003183.

38. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1994, World Meteorological Organization Global Ozone Research and Monitoring Project, 1994, no. 37.

39. Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2010, World Meteorological Organization Global Ozone Research and Monitoring Project, 2010, no. 52.

40. Wise D.L., Houghton G. The diffusion coefficient of ten slighly soluble gases in water of 10–60°C, Chemical Engineering Science, 1966, vol. 21, no. 11, p. 999–1010.