Изменчивость содержания и потоков метана в рыбинском водохранилище по результатам натурных наблюдений в разные сезоны года

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследовано формирование потоков метана в Рыбинском водохранилище, а также изменчивость его содержания в воде на основе несколько полевых кампаний на водоеме в разные сезоны. Рыбинское водохранилище – очень крупное, относительно мелководное, слабопроточное, мезотрофно-эвтрофное, морфологически сложное котловинно-долинное водохранилище многолетнего регулирования стока, созданное на Верхней Волге в 1941 г. Всего выполнен отбор проб воды и воздуха на 71 станциях для определения концентрации метана, который совмещался с зондированием водной толщи. В результате была создана сеть опорных станций, на которых производятся регулярные измерения, а также дополнительные станции на акватории и в устьях рек. Для контроля отбиралась проба воды на гидроагрегатах ГЭС, а также ниже плотины Шекснинской ГЭС в черте г. Рыбинск. В целом для Рыбинского водохранилища характерны относительно невысокие концентрации метана – на большинстве станций среднее содержание растворенного в воде СН4 не превышает 20 мкл/л. Наименьшие концентрации наблюдались в зимний период. Потоки метана с поверхности Рыбинского водохранилища варьируют в пределах от 4 до 718 мгС–СH4 м⁻² сут⁻¹. Удельные потоки (УП) в измеренные летний период больше, чем измеренные осенью, также летом пространственная изменчивость измеренных потоков более значительна. Значения потоков зависят от стратификации водоема, содержания кислорода в воде, органического вещества в донных отложениях и других факторов. Дегазация метана через плотину существенно меньше потоков с поверхности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. А. Ломов

Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН; Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, географический факультет; НИВЦ МГУ, Лаборатория Суперкомпьютерного моделирования природно-климатических процессов

Автор, ответственный за переписку.
Email: lomson620@mail.ru
Россия, Пыжёвский переулок, 3, Москва, 119017; Ленинские горы, д. 1, Москва, 119991; Ленинские Горы, д. 1/4, Москва, 119234

Н. Л. Фролова

Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН; Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, географический факультет

Email: lomson620@mail.ru
Россия, Пыжёвский переулок, 3, Москва, 119017; Ленинские горы, д. 1, Москва, 119991

В. А. Ефимов

Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН; Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова, географический факультет

Email: lomson620@mail.ru
Россия, Пыжёвский переулок, 3, Москва, 119017; Ленинские горы, д. 1, Москва, 119991

И. А. Репина

Институт физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН; НИВЦ МГУ, Лаборатория Суперкомпьютерного моделирования природно-климатических процессов

Email: lomson620@mail.ru
Россия, Пыжёвский переулок, 3, Москва, 119017; Ленинские горы, д. 1/4, Москва, 119234

Чже Ли

Чунцинский институт зеленых и интеллектуальных технологий, Китайская академия наук

Email: lomson620@mail.ru
Китай, 266 Fangzheng Avenue, Chongqing, 400714

Лю Янг

Чунцинский институт зеленых и интеллектуальных технологий, Китайская академия наук

Email: lomson620@mail.ru
Китай, 266 Fangzheng Avenue, Chongqing, 400714

Список литературы

  1. Аверина А. А., Антипов Н. Е., Виногоров А. А., Воловодов А. А., Головнин К. И., Кузнеченко И. А., Овчинникова О. В., Петров Н. А., Полухин С. И., Сушинцев И. М., Хорошева А. С., Ефимов В. А., Ломов В. А., Фролова Н. Л. Оценка общего содержания метана в Рыбинском водохранилище в зимний период и расчет отдельных составляющих баланса метана // В сб. Исследования молодых географов: сборник статей участников зимних студенческих экспедиций. М. 2022. С. 71–80.
  2. Балабанова З. М. Гидрохимическая характеристика Камского водохранилища 1954–1959 // Тр. Уральского отд. ГосНИОРХ. 1961. Т. 5. С. 38–104.
  3. Гарькуша Д. Н., Фёдоров Ю. А. Факторы формирования концентраций метана в водных экосистемах. Ростов-на-Дону; Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2021. 366 с.
  4. Гречушникова М. Г., Репина И. А., Степаненко В. М. и др. Пространственно-временные изменения содержания и эмиссии метана в водохранилищах с различным коэффициентом водообмена // Известия Русского географического общества. 2018. Т. 150. № 5. С. 14–33.
  5. Дзюбан А. Н. Метан и процессы его трансформации в воде некоторых притоков Рыбинского водохранилища // Водные ресурсы. 2011. Т. 38. № 5. С. 571–576.
  6. Дзюбан А. Н. Деструкция органического вещества и цикл метана в донных отложениях внутренних водоемов. Ярославль: Принтхаус, 2010. 174 с.
  7. Дзюбан А. Н. Метан в поверхностных водах как показатель их качества // Вода: химия и экология. 2012. № 7. C. 7–12.
  8. Дзюбан А. Н. Метан и микробиологические процессы его трансформации в воде верхневолжских водохранилищ // Водные ресурсы. 2002. Т. 29. № 1. С. 68–78.
  9. Дзюбан А. Н. Микробиологические процессы круговорота органического вещества в донных отложениях водохранилищ Волжско-Камского каскада // Водные ресурсы. 1999. Т. 26. № 4. С. 262–271.
  10. Дзюбан А. Н. Микробиологические процессы превращения метана и деструкция органического вещества в грунтах водохранилищ Волги и Камы // Гидробиол. журн. 2004. Т. 40. № 2. С. 72–77.
  11. Дзюбан А. Н. Численность бактерий и процессы превращения метана в донных отложениях водохранилищ Волги и Камы // Микробиология. 1998. Т. 67. Вып. 4. С. 473–475.
  12. Дзюбан А. Н. Экологические аспекты исследований содержания метана в природных водах // Вода: химия и экология. 2012. № 11. С. 10–15.
  13. Литвинов А. С., Рощупко В. Ф. Многолетние и сезонные колебания уровня Рыбинского водохранилища и их роль в функционировании его экосистемы // Водные ресурсы. 2007. Том 34. № 1. С. 29–40.
  14. Литвинов А. С., Степанова И. Э. Зависимость содержания органического вещества и биогенных элементов от гидрологических условий в Рыбинском водохранилище // Водное хозяйство России. 2015. № 3. С. 20–31.
  15. Сайт РусГидро. http://www.rushydro.ru/hydrology/informer/
  16. Сорокин Ю. И. Метан и водород в воде волжских водохранилищ // Тр. Инст. Биол. Водохр. 1960. Т. 3. № 6. С. 50–58.
  17. Федоров Ю. А, Тамбиева Н. С., Гарькуша Д. Н. Метан как показатель экологического состояния пресноводных водоемов (на примере озер Валдай и Ужин) // Метеорология и гидрология. 2004. № 6. С. 88–96.
  18. Федоров Ю. А., Тамбиева Н. С., Гарькуша Д. Н., Хорошевская В. О. Метан в водных экосистемах. Ростов-на-Дону–Москва: Ростиздат, 2005. 329 с.
  19. Bastviken D., Tranvik L., Downing J., Crill P., Enrich-Prast A. Freshwater Methane Emissions Offset the Continental Carbon Sink // USA: Science. 2011. V. 331. P. 6013–6063.
  20. Bazhin N. Methane Emission from Bottom Sediments // Chemistry for Sustainable Development. 2003. V. 11. P. 577–580.
  21. Cole J., Prairie Y. T., Caraco N. F. et al. Plumbing the global carbon cycle: Integrating inland waters into the terrestrial carbon budget // Ecosystems. 2007. V. 10. P. 171–184.
  22. Dean W. E., Gorham E. Magnitude and significance of carbon burial in lakes, reservoirs, and peatlands // Geology. 1998. V. 26(6). P. 535–538.
  23. Deemer B. R., Holgerson M. A. Drivers of methane flux differ between lakes and reservoirs, complicating global upscaling efforts // J. of Geophysical Research: Biogeosciences. 2021. V. 126. Issue 4.
  24. Deemer B., Harrison A., Li S., Beaulieu J., Delsontro T. Greenhouse Gas Emissions from Reservoir Water Surfaces: A New Global Synthesis // Springer. BioScience, 2016. V. 66. № 11. P. 949–964.
  25. Demarty M., Bastien J., Tremblay A., Hesslein R. H., and Gill R. Greenhouse gas emissions from boreal reservoirs in Manitoba and Quebec, Canada, measured with automated systems // Environmental Science & Technology. 2009. V. 43. P. 8908–8915.
  26. Diem Т. Methane dynamics in oxic and anoxic aquatic systems. Dissertation submitted to ETH Zurich for the degree of Doctor of Sciences. Zurich, 2008. 99 p. Available at: http://e-collection.library.ethz.ch/eserv/eth:41846/eth-41846–02.pdf (accessed May 10, 2016)
  27. Fearnside P. Greenhouse gas emissions from hydroelectric dams: Controversies Provide a Springboard for Rethinking a Supposedly ‘Clean’ Energy Source. An Editorial Comment // Clim. Change. 2006. V. 75. P. 103–109.
  28. Fedorov M. P., Elistratov V. V., Maslikov V. I., Sidorenko G. I., Chusov A. N., Atrashenok V. P., Molodsov D. V., Savvichev A. S., Zinchenko A. V. Reservoir Greenhouse Gas Emissions at Russian HPP // Power Technology and Engineering. 2015. V. 49. No. 1. P. 33–39.
  29. Gash J., Goldenfum J. et al. Greenhouse gas emissions related to freshwater reservoirs // The World Bank Contract 7150219. 2010. 166 р.
  30. Gruca-Rokosz R., Tomaszek J. Methane and Carbon Dioxide in the Sediment of a Eutrophic Reservoir: Production Pathways and Diffusion Fluxes at the Sediment–Water Interface // Water, Air and Soil Pollution. 2015. V. 226. P. 16–32.
  31. Guerin F., Abril G. Significance of pelagic aerobic methane oxidation in the methane and carbon budget of a tropical reservoir // J. of Geophysical Research. 2007. V. 112. P. 3006–3020.
  32. Harby A., Overjordet I. B. CEDREN –Funnel traps for GHG bubbling in reservoirs. Procedures of operation. SINTEF, 2014. 7 p.
  33. Harrison J., Deemer B., Birchfield M., O`Malley M. Reservoir Water-Level Drawdowns Accelerate and Amplify Methane Emission // Washington: Environmental Science and Technology. 2016. V. 1. P. 1–11.
  34. Kemenes A., Melack J., Forsberg B. Downstream emissions of CH4 and CO2 from hydroelectric reservoirs (Tucuruí, Samuel, and Curuá-Una) in the Amazon basin // Columbia: Inland Waters. 2016. V. 6. P. 295–302.
  35. Li S., Zhang Q. Carbon emission from global hydroelectric reservoirs revisited // Environmental science and pollution research international. 2014. V. 21. Pp, 131–137.
  36. Liikanen A., Murtoniemi T., Tanskanen H., Väisänen T., Martikainen P. Effects of temperature and oxygen availability on greenhouse gas and nutrient dynamics in sediment of a eutrophic mid-boreal lake // Biogeochemistry. 2002. V. 59. № 3. P. 269–286.
  37. Lomov V., Grechushnikova M., Kazantsev V., Repina I. Reasons and patterns of spatio-temporal variability of methane emission from the Mozhaysk reservoir in summer period // E3S Web of Conferences IV Vinogradov Conference. 2020. V. 163. P. 03010.
  38. Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S. L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M. I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T. K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.) IPCC: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 2021. 2391 P.
  39. McCully P. Loosening the hydroindustry’s grip on reservoir greenhouse gas emissions research 2006. Available at: https://www.internationalrivers.org/files/attached-files/fizzyscience2006.pdf (accessed May 10, 2016).
  40. Miller B., Arntzen E., Goldman A., Richmond M. Methane Ebullition in Temperate Hydropower Reservoirs and Implications for US Policy on Greenhouse Gas Emissions // USA: Environmental Management. 2017. V. 60. P. 1–15.
  41. Ostrovsky I., McGinnis D., Lapidus L., Eckert W. Quantifying gas ebullition with echosounder: the role of methane transport by bubbles in a medium-sized lake // USA: Limnology and Oceanography: Methods. 2008. V. 6. P. 105–118.
  42. Rosa L. P., Schaeffer R. Greenhouse gas emissions from powerdams // Ambio. 1994. V. 23(2). P. 164–165.
  43. Rosentreter J. A., Borges, A. V., Deemer, B. R., Holgerson, M. A., Liu, S., Song, C., Eyre, B. D. Half of global methane emissions come from highly variable aquatic ecosystem sources //Nature Geoscience. 2021. V. 14. № 4. P. 225–230.
  44. Rudd J. W.M., Harris R., Kelly C. A., Hecky R. E. Are hydroelectric reservoirs significant sources of greenhouse gases? // Ambio. 1993. V. 22. P. 246–248.
  45. Soumis N., Duchemin E., Canuel R., Lucotte M. Greenhouse gas emissions from reservoirs of the western United States // Global Biogeochemical Cycles. 2004. V. 18, GB3022.
  46. Striegl Robert G., Michmerhuizen Catherine M., Survey U. S. Geological. Hydrologic influence on methane and carbon dioxide dynamics at two northcentral Minnesota lakes // Limnol. Oceanogr. 1998.V. 43. № 7. P. 1519–1529.
  47. Tortajada C., Altinbilek D., Biswas K. Impact of large dams: A Global Assessment. Berlin: Water Recourses Development and Management. 2012. 410 p.
  48. Tranvik L. J. et al. Lakes and reservoirs as regulators of carbon cycling and climate // Limnol. Oceanogr. 2009. V. 54. P. 2298–2314.
  49. Tremblay A., Roehm C., Varfalvy L., Garneau M. Greenhouse Gas Emissions – Fluxes and Processes. Berlin: Springer, 2005. 732 p.
  50. Tremblay A., Varfalvy L., Roehm C. and Garneau M. (eds.) Greenhouse Gas Emissions: Fluxes and Processes, Hydroelectric Reservoirs and Natural Environments. Environmental Science Series, Springer, New York, 2005. 732 p.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема расположения станций пробоотбора на Рыбинском водохранилище в периоды экспедиций 2021–2022 гг. и зоны водохранилища с различными диапазонами глубин.

Скачать (416KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема «плавучей камеры» для измерения удельного потока метана на границе «вода – атмосфера» и «донной камеры» для измерения удельных потоков метана на границе «донные отложения – вода».

Скачать (578KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменение уровня воды (м), притока (м³/с) и расхода через плотину (м³/с) (по данным [http://www.rushydro.ru/hydrology/informer/]).

Скачать (278KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Характерное распределение содержания кислорода в летний период 2022 гг. на станциях различающихся по глубине зон Рыбинского водохранилища.

Скачать (133KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Содержание растворённого в воде кислорода (мгO₂/л) (1) и температура воды (C⁰) (2) на станции РВ18

Скачать (163KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Содержание растворённого в воде кислорода (мгO₂/л) (1) и температура воды (C⁰) (2) на станции РВ7.

Скачать (129KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Средняя по вертикали концентрация метана на станциях измерений за 4 полевых сезона на Рыбинском водохранилище.

Скачать (236KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Содержание метана на станциях измерений в поверхностном и придонном горизонтах в зимний (А) и весенний (Б) сезоны.

Скачать (158KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Содержание метана на станциях измерений в поверхностном и придонном горизонтах в осенний (А) и летний (Б) сезоны.

Скачать (175KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Удельные потоки метана в атмосферу по результатам измерений осенью (А) и летом (Б).

Скачать (133KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Распределение удельных потоков метана с поверхности Рыбинского водохранилища, разделенного на 4 площадных района по результатам осенних полевых исследований.

Скачать (374KB)
Метаданные
13. Рис. 12. Распределение удельных потоков метана с поверхности Рыбинского водохранилища, разделенного на 4 площадных района по результатам летней кампании.

Скачать (380KB)
Метаданные


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».