Оценка эмиссии метана из Иваньковского водохранилища

В статье представлено обобщение материалов комплексных съемок Иваньковского водохранилища, проведенных в 2022–2024 гг. с целью изучения сезонных изменений содержания метана в воде и его эмиссии с поверхности водоема. Съемки включали не только измерение удельного потока метана на границе вода – атмосфера с учетом его пространственной изменчивости, но и измерение выхода метана из донных отложений.

Измерения проведены методом камер (плавучих и донных). Обработка проб производилась на хроматографе Хроматэк-Кристалл 5000.2. При выборе станции измерений учитывалось морфологическое строение водохранилища, тип донных отложений, интервалы глубин. Измерения показали, что значения удельного потока метана на продольном и поперечных разрезах могут различаться на два порядка. Наименьшие его значения приурочены к участкам с песчаным дном. Наибольшее значение удельного потока метана приурочено к участку со значительной антропогенной нагрузкой (от устья Шошинского плеса до д. Плоски). Показано, что, несмотря на принадлежность Иваньковского водохранилища к группе проточных водохранилищ сезонного регулирования стока согласно классификации по коэффициенту водообмена, при определенных погодных условиях в водоеме возникают участки с дефицитом кислорода. В эти периоды удельный поток метана с таких участков становится сопоставим с потоком метана с малопроточных водоемов. Поэтому снижение проточности в летний период и учащение волн жары являются неблагоприятными факторами в отношении увеличения эмиссии метана. Маловодные периоды при снижении уровня воды относительно нормального подпорного уровня (НПУ) в период навигации также неблагоприятны из-за увеличения удельного потока метана.

Произведено сравнение полученных значений удельного потока метана с литературными данными, показаны значительные различия величин для весеннего периода. Предложена методика оценки эмиссии метана с водохранилища с учетом факторов, определяющих его удельный поток. Показаны сезонные изменения эмиссии, обосновано учащение проведения измерений и необходимость измерений потока метана над разнотипными макрофитами.

1. Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ СССР. Водохранилища Верхней Волги / под ред. З.А. Викулиной, В.А. Знаменского. Л.: Наука, 1973. 158 с.

2. Григорьева И.Л., Чекмарева Е.А. Влияние рекреационного водопользования на качество воды Иваньковского водохранилища // Известия РАН. Сер. Географическая. 2013. № 3. С. 63–70. DOI: 10.15356/0373-2444-2013-3-63-70.

3. Гречушникова М.Г., Репина И.А., Степаненко В.М. и др. Эмиссия метана с поверхности долинного Можайского водохранилища // География и природные ресурсы. 2019. № 3. С. 77–85. DOI: 10.21782/GIPR0206-1619-2019-3(77-85).

4. Гречушникова М.Г., Репина И.А., Ломова Д.В., Ломов В.А. Результаты натурных измерений потока метана с разнотипных водохранилищ // Изв. Иркутского государ ственного университета. Сер.: Науки о земле. 2022. Т. 40. С. 3–13. DOI: 10.26516/2073-3402.2022.40.3.

5. Гречушникова М.Г., Ломова Д.В., Ломов В.А. и др. Пространственно-временные различия гидроэкологических характеристик и эмиссии метана Иваньковского водохранилища // Водные ресурсы. 2023. Т. 50. № 1. С. 81–89. DOI: 10.31857/S0321059623010078.

6. Гречушникова М.Г., Репина И.А., Фролова Н.Л. и др. Содержание и потоки метана в Волжских водохранилищах // Изв. РАН. Сер. Географическая. 2023. Т. 87. № 6. С. 899–913.

7. Груздева Л.П., Суслов С.В., Груздев В.С. и др. Проблемы зарастания водохранилищ в бассейне волжской и москворецкой водохозяйственных систем // Вестн. Межд. АН. Русская секция. 2017. № 1. С. 97–100.

8. Законнов В.В., Григорьева И.Л., Законнова А.В. Пространственно-временная трансформация грунтового комплекса водохранилищ Волги // Водное хозяйство России. 2018. № 3. С. 35–48.

9. Зиминова Н.А., Законнов В.В. Балансы биогенных элементов в Иваньковском водохранилище // Экологические исследования водоемов Волго-Балтийской и СевероДвинской водных систем. Л.: Наука, 1982. С. 239–258.

10. Иваньковское водохранилище: Современное состояние и проблемы охраны. М.: Наука, 2000. 344 с.

11. Казмирук В.Д., Казмирук Т.Н., Бреховских В.Ф. Зарастающие водотоки и водоемы: Динамические процессы формирования донных отложений. М.: Наука, 2004. 310 с.

12. Кирпичев И.А., Григорьева И.Л. Исследование влияния коттеджной застройки береговой зоны Иваньковского водохранилища на качество воды водоема // Вестн. Международного университета природы, общества и человека «Дубна». 2018. № 1(38). С. 19–25.

13. Малахова Т.В., Будников А.А., Иванова И.Н. и др. Измерения флюидной разгрузки метана ловушечным методом в бухте Ласпи (Черное море) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 3. Физ. Астрон. 2020. № 6. С. 162–167.

14. Малахова Т.В., Будников А.А., Иванова И.Н. и др. Сезонные и суточные закономерности содержания и потоков метана в эстуарии реки Черной (Крым) // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. Геогр. 2022. № 6. С. 27–39.

15. Никаноров Ю.И. Иваньковское водохранилище // Изв. ГосНИОРХ. 1975. Т. 102. С. 5–25.

16. Приказ Росводресурсов № 125 от 31.05.2019 «Об утверждении Правил использования водных ресурсов Иваньковского водохранилища на р. Волге», 2019.

17. Репина И.А., Терский П.Н., Горин С.Л. и др. Натурные измерения эмиссии метана на крупнейших водохранилищах России в 2021 г. Начало масштабных исследований // Водные ресурсы. 2022. Т. 49. № 6. С. 713–718. DOI: 10.31857/S0321059622060141.

18. Справочник водохранилищ СССР: в 2 ч. Часть 1. Водохранилища объемом 10 млн м3 и более. М.: Союзводпроект, 1988. 323 с.

19. Шнырев Н.А. Режимные наблюдения и оценка газообмена на границе почвы и атмосферы (на примере потоков метана стационара среднетаежной зоны Западной Сибири «Мухрино»): автореф. дисс. … канд. биол. наук. М., 2016. 25 с.

20. Экзерцев В.А., Лисицына Л.И., Довбня И.В. Сукцессии гидрофильной растительности в литорали Иваньковского водохранилища // Тр. ИБВВ РАН. 1990. Вып. 59(62). С. 120–132.

21. Bastviken D., Cole J., Pace M. et al. Methane emissions from lakes: Dependence of lake characteristics, two regional assessments, and a global estimate, Global Biochemical Cycles, 2004, vol. 18, p. 1–12, DOI: 10.1029/2004GB002238.

22. Bastviken D., Santoro A., Marotta H. Methane emissions from Pantanal, South America, during the low water season: toward more comprehensive sampling, Environmental Science & TechnologyEnvironmental Science and Technology, 2010, vol. 44, no. 14, p. 5450–5455, DOI: 10.1021/es1005048.

23. Chanton J.P., Whiting G.J., Happell J.D. et al. Contrasting rates and diurnal patterns of methane emissions from emergent aquatic macrophytes, Aquatic Botany, 1993, vol. 46, p. 111–128.

24. Deemer B., Harrison A., Li S. et al. Greenhouse Gas Emissions from Reservoir Water Surfaces: A New Global Synthesis, BioScience, 2016, vol. 66, no. 11, p. 949–964.

25. Fedorov M.P., Elistratov V.V., Maslikov V.I. et al. Reservoir Greenhouse Gas Emissions at Russian HPP, Power Technology and Engineering, 2015, vol. 49, no. 1, p. 33–36, DOI: 10.1007/s10749-015-0569-3.

26. Johnson M.S., Matthews E., Bastviken D. et al. Spatiotemporal methane emission from global reservoirs, Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 2021, vol. 126(8), p. 1–19, DOI: 10.1029/2021JG006305.

27. Kettunen A. Modelling of microscale variations in methane fluxes. D.Sc. Thesis in Technics, Helsinki, 2002. 40 p.

28. Marinho C.C., Cleber P.-S., Edélti F.A. et al. Emergent Macrophytes Alter the Sediment Composition in a Small, Shallow Subtropical Lake: Implications for Methane Emission, American Journal of Plant Sciences, 2015, vol. 6, p. 315–322, DOI: 10.4236/ajps.2015.62036.

29. Martinsen K.T., Kragh T., Sand-Jensen K. Technical note: A simple ans cost-efficient automated floating chamber for continuous measurements of carbon dioxide gas flux on lakes, Biogeosciences, 2018, vol. 15, p. 5565–5573, DOI: 10.5194/bg-15-5565-2018.

30. Podgrajsek E., Sahlée E., Rutgersson А. Diurnal cycle of lake methane flux, J. Geophys. Res. Biogeosci., 2014, vol. 119, p. 236–248, DOI: 10.1002/2013JG002327.

31. Rosentreter J., Borges A., Deemer B. et al. Half of global methane emissions come from highly variable aquatic ecosystem sources, Nature Geoscience, 2021, no. 14, р. 1–6, DOI: 10.1038/s41561-021-00715-2.

32. Sieczko A.K., Duc N.T., Schenk J. et al. Diel variability of methane emissions from lakes, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2002, vol. 117, p. 21488– 21494, DOI: 10.1073/pnas.2006024117.

33. Straskraba M., Tundisi J.G. Guidelines of lake management, vol. 9, Reservoir Water Quality Management, Japan, Int. Lake environment Committee (ILEC), 1999, 229 p.

34. Whiting G.J., Chanton J.P. Control of the Diurnal Pattern of Methane Emission from Emergent Aquatic Macrophytes by Gas Transport Mechanisms, Aquatic Botany, 1996, vol. 54, p. 237–253, DOI: 10.1016/0304-3770(96)01048-0.

35. UNESCO/IHA Greenhouse-Gas Measurement Guidelines forFresh Water Reservoirs. UNESCO/IHA Research Project, 2010, URL: http://www.hydropower.org/iha/development/ghg/guidelines.html (data access 31.10.2024).