Эмиссия парниковых газов из Арктических болот

Полигональные тундры Арктики – это удивительной, но один из наиболее характерных и широко распространённых болотных ландшафтов районов вечной мерзлоты. Структура этих болот похожа на расчерченную школьную тетрадку. Их образование является прямым следствием сложного взаимодействия отрицательных температур, мерзлоты и почвы. В процессе ежегодного промерзания и протаивания влажных грунтов в деятельном слое возникают напряжения, которые приводят к образованию сети трещин. В последующие годы эти трещины, расширяясь под действием морозобойных сил, заполняются льдом, формируя так называемые повторно-жильные льды. Именно эти вертикальные ледяные жилы, проникающие на глубину многих метров, и служат границами, разделяющими грунт на многоугольники — полигоны 

Различают выпуклые (бугры в центре) и вогнутые (водоёмы в центре) полигоны, что зависит от гранулометрического состава грунтов и влажности. Температурные неоднородности в таких ландшафтах выражены чрезвычайно ярко и являются их ключевой экологической характеристикой. Ледяные жилы, выступающие в качестве эффективного теплоотводящего материала, создают зоны с более низкой температурой грунта. В то же время центр полигона, особенно если он представляет собой бугор, может прогреваться летом значительно сильнее. Эта температурная мозаика напрямую определяет глубину сезонного протаивания (мощность деятельного слоя). Контрасты температуры имеют не только сезонную изменчивость, но и выраженный суточный цикл. Таким образом, в пределах нескольких метров соседствуют участки с совершенно разными термическими режимами, что влечёт за собой контрастность в растительном покрове, гидрологии и биохимических процессах.

Именно эти процессы делают полигональные тундры горячими точками эмиссии метана — одного из самых значимых парниковых газов. Водонасыщенные впадины становятся зонами анаэробных условий, где в тающих органо-минеральных отложениях деятельность метаногенных архей резко активизируется. Ледяные жилы, выступая барьерами для воды, способствуют заболачиванию внутриполигональных пространств, создавая идеальные условия для образования метана. Более того, сами трещины вдоль жил могут служить готовыми путями для миграции газа из глубинных горизонтов мерзлоты на поверхность. Сезонное протаивание высвобождает накопленный за зиму газ, и его эмиссия носит часто импульсный, взрывной характер.

Наглядной и хорошо изученной моделью таких процессов служит полигональная тундра острова Самойловский в дельте реки Лены. На острове расположена международная научная станция, где детально исследуется динамика мерзлотных ландшафтов. Здесь, на низменной равнине, сложенной аллювиальными отложениями, развиты типичные низкоцентровые полигоны с обводнёнными трещинами по жильному льду. Территория острова характеризуется сплошным распространением многолетней мерзлоты и значительной мощностью (400–600 м) её толщи. В течение последних полутора десятилетий температура поверхностного слоя мерзлоты растет со скоростью ~ 0.15 °C в год.

Сотрудники Лабораторий взаимодействия атмосферы и океана и парниковых газов ИФА РАН проводят исследования на острове с 2023 года в рамках проектов РНФ “Потоки и изотопный состав метана над неоднородными ландшафтами вечной мерзлоты в Арктике и торфяных болот в Сибири” и «Развитие параметризаций взаимодействия атмосферы с неоднородными ландшафтами для моделей Земной системы по данным измерений и вихреразрешающего моделирования». Для нас это уникальная природная лаборатория, в которой мы исследуем как температурные и структурные неоднородности поверхности влияют на динамику атмосферного пограничного слоя и процессы газообмена.

Далее о результатах исследования читайте по ссылке
Подробнее с результатами исследования можно ознакомиться в статье (авторы Л.А. Кривенок, Н.Б. Устинов – Лаборатория парниковых газов, ИФА РАН), И.А. Репина (Лабораторий взаимодействия атмосферы и океана, ИФА РАН).