Водохранилища умеренной и бореальной зон РФ — поглотители парниковых газов

В Институте физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН подвели итоги гидрохимических исследований пяти водохранилищ умеренной и бореальной зон России. Такие комплексные исследования одновременно пяти водохранилищ в России были проведены впервые. Ученые ИФА РАН выполнили их в 2024 году, работая над задачами консорциума «РИТМ углерода» по созданию Российской системы климатического мониторинга. Удалось однозначно установить, что что водохранилища являются поглотителями парниковых газов.

Исследования охватили пять водохранилищ различного типа. На небольшом мелком Иваньковском водохранилище в период с мая по сентябрь проводились еженедельные рейды и ежемесячные комплексные съемки. На Цимлянском выполнены четыре съемки, на Рыбинском — две. Проведены рекогносцировочные работы на Красноярском водохранилище и весенняя съемка Бурейского водохранилища для оценки весеннего выброса парниковых газов при сходе ледяного покрова.

«Результаты съемки на Иваньковском водохранилище показали, что наибольший вклад в эмиссию метана дает содержание метана в донных отложениях. Оно закономерно увеличивается в течение вегетационного периода при потреблении кислорода грунтами дна и разложении органического вещества в грунте. Этому способствует установление стратификации и истощение кислорода в придонном слое при замедлении водообмена в меженный период. Еще один значимый фактор – кислородная стратификация и бескислородные условия в придонном горизонте», — сказала Ирина Репина, д.ф.-м.н., профессор РАН, заместитель директора ИФА им. А.М. Обухова РАН, член экспертной группы «Латеральные потоки» консорциума «РИТМ углерода».

По результатам измерений на Цимлянском водохранилище на примере эмиссии метана ученые ИФА РАН показали роль разделения на диффузионную и пузырьковую составляющую потока. Проведенные измерения выявили значительную неоднородность содержания и удельного потока метана в Цимлянском водохранилище. Их значения обусловлены химическим составом воды, характером донных отложений, глубиной станции, содержанием растворенного кислорода, поступлением водных масс притоков и даже атмосферным давлением.

В результате летних полевых кампаний на Рыбинском водохранилище получены сведения о пространственной изменчивости потоков метана в атмосферу, распределения концентраций метана в водной толще, характерные значения содержания органического углерода в воде. Содержание растворенного органического углерода достаточно высокое – более 17-20 мгС/л. Повышенные концентрации связаны с влиянием притоков и антропогенной деятельностью на берегах водохранилища. Концентрации метана, пониженные в июне 2024 года, возрастают к середине июля вследствие смены погодных условий и интенсификации роста фитопланктона. Наибольшие концентрации свойственны придонным горизонтам глубоких станций, а также притокам водохранилища. Потоки метана также наиболее интенсивны на станциях с высокими концентрациями. На некоторых из них наблюдается пузырьковый поток.

Полевые работы на Красноярском водохранилище выполнены летом 2024 г. в период весеннего нагревания с точки зрения термического режима и в период наполнения, с точки зрения регулирования стока. Воды водохранилища в июне содержат сравнительно небольшое количество метана, равно как и поток метана с поверхности достаточно мал. Представляется важной оценка роли осушек разной глубины и разной частоты затопляемости в формировании потоков метана. Однако, учитывая небольшую распространенность осушек, имеющих какой-либо почвенный покров, возможно суммарный их вклад будет невелик.

«Предварительные результаты исследования подтвердили основную гипотезу – перед вскрытием льда в Бурейском водохранилище находится очень большой запас метана – как растворенного в воде, так и содержащегося во льду. Последующие расчеты должны показать то, как именно этот запас соотносится с эмиссией метана в летний период. Но уже сейчас ясно, что величина запаса (а, следовательно, и объем весеннего выброса) достаточно значительна, чтобы это явление стало предметом специальных исследований на исходе зимы 2025 г.», — поясняет Ирина Репина.

Результаты будут использованы для уточнения конверсионных коэффициентов расчета запасов углерода в водных экосистемах и станут основой для последующего мониторинга изменений пулов углерода в компонентах экосистем с целью оценки их углеродного статуса (сток – источник).

Результаты натурных измерений баланса парниковых газов, термодинамического и гидрологического режима водохранилищ будут использованы для уточнения граничных условий, внешних параметров моделей термогидродинамики и биогеохимии водоёмов суши, а также для валидации этих моделей. Уточнённые таким образом модели применяются для диагностики современных и оценки будущих выбросов и поглощения климатически активных веществ управляемыми водными объектами.

Оценки баланса парниковых газов показывают, что водохранилища, являются нетто-поглотителями, и антропогенная составляющая не приводит к увеличению выбросов парниковых газов.