Измерения CO2 и метана в рамках процесса деградации вечной мерзлоты

1. Geological methane emissions and wildfire risk in the degraded permafrost area of the Xiao Xing’an Mountains, China(Геологические выбросы метана и риск возникновения лесных пожаров в зоне деградации вечной мерзлоты в горах Сяо Синъань, Китай) Исследователи рассмотрели процесс соотношения выделения метана в рамках деградации вечной мерзлоты и лесных пожаров. Было выявлено, что высокая концентрация газа метана, поступающего на поверхность, увеличивает риск возникновения лесных пожаров в зоне деградации вечной мерзлоты двумя способами (повышение региональной температуры воздуха и самовозгорание), что является важным фактором, приводящим к сезонному увеличению частоты лесных пожаров в зоне вечной мерзлоты Северо-Восточного Китая и ЮгоВосточной Сибири, с пиком весной и осенью. Исследование говорит о том, что вечная мерзлота будет оттаивать дальше после лесного пожара, а скорость дыхания микроорганизмов после пожара в три раза выше, чем до пожара, что значительно увеличивает диффузию CO2, CH4 и N2O в атмосфере. Данное исследование является особенно актуальным в контексте лесных пожаров в зонах вечной мерзлоты на территории РФ. Работа по изучению выбросов метана на данной территории поможет прогнозированию возникновения очагов. Исследование опубликовано в журнале Nature: https://www.nature.com/articles/s41598-020-78170-z

2. Methane Content and Emission in the Permafrost Landscapes of Western Yamal, Russian Arctic(Содержание и выбросы метана в ландшафтах вечной мерзлоты Западного Ямала, Российская Арктика) Ямал – одна из ключевых точек изучения вечной мерзлоты на территории РФ. В рамках данного исследование было проведено изучение данных о выбросах метана в атмосферу в доминирующих ПРИМЕРЫ ИЗМЕРЕНИЯ CO2 И МЕТАНА В РАМКАХ ПРОЦЕССА ДЕГРАДАЦИИ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ 3 ландшафтах типичной тундры западного побережья полуострова Ямал. Было определено, что максимальные выбросы метана на территории вечной мерзлоты характерны для влажных ландшафтов: торфяных болот, в поймах рек и бассейнах озер. Средние значения содержания метана в активном слое для таких ландшафтов варьировались от 2,4 до 3,5 мл (СН4)/кг, при максимуме 9,0 мл (СН4)/кг. Наименьшее содержание метана в почвах исследуемой территории было характерно для ландшафтов влажной тундры (MT), хорошо дренированной тундры (WDT) и песчаных полей (SF). Данное исследование может быть применено для разработки предложений по пилотным проектам, направленным на снижение выбросов метана. Исследование опубликовано в журнале Geoscience: https://www.mdpi.com/2076-3263/10/10/412/htm

3. The East Siberian Arctic Shelf: towards further assessment of permafrost-related methane fluxes and role of sea ice (ВосточноСибирский арктический шельф: к дальнейшей оценке потоков метана, связанных с вечной мерзлотой, и роли морского льда) Данное исследование направлено на изучение выбросов метана, образующихся в рамках деградации подводной вечной мерзлоты. Учены рассмотрели различные территории и сконцентрировались на выделении метана в границах лагуны Ивашкина, так как глубина 50 м обеспечивает очень короткий путь для пузырьков, транспортирующих СН4 для выхода в атмосферу. Измерение СН4 в контексте данного исследования становится базой для проведения подобных исследований в других частях шлейфа для составления комплексной картины взаимосвязи метана и деградации подводной вечной мерзлоты. Исследование опубликовано в журнале Philosophical Transactions: Mathematical, Physical and Engineering Sciences: ИЗМЕРЕНИЯ CO2 И МЕТАНА В РАМКАХ ПРОЦЕССА ДЕГРАДАЦИИ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ 4 https://www-jstororg.elib.tcd.ie/stable/24505031?seq=4#metadata_info_ta…

4. Исследование Всемирного фонда дикой природы (WWF) В исследовании подчеркивается значение систем криолитозоны в процессах глобальных климатических изменений. Вечная мерзлота, как и многие другие наземные экосистемы, с одной стороны, содержат огромные запасы связанного углерода в пулах фитомассы, мертвой древесины, подстилки и почвы, с другой, ведут активный обмен углеродом с атмосферой в процессах фотосинтеза, дыхания, метаногенеза, метанотрофии и т. д. По мнению исследователей, роль криогенных экосистем (то есть существующих в зоне распространения многолетней мерзлоты) в процессах климатических изменений оказывается одной из важнейших в сравнении с другими типами растительного покрова суши. Согласно оценкам, запас углерода в почве и верхнем слое вечной мерзлоты составляет 1672 Гт С. Таким образом, экосистемы криосферы при доле площади 16% хранят около 50% запасов углерода глобального почвенного покрова.

5. Совместное исследование Университета Лапландии (Финляндия), Пекинского педагогического университета и Института Тибетского плато (Китай) «Решение проблемы выбросов углекислого газа из-за таяния вечной мерзлоты посредством геоинженерного регулирования содержания аэрозолей в стратосфере» (Mitigation of Arctic permafrost carbon loss through stratospheric aerosol geoengineering). Экспериментальное исследование призвано не допустить преобразования углерода в углекислый газ при таянии вечной мерзлоты. По расчетам, к 2070 году выброс 14 пг (пикограммов) углерода из вечной мерзлоты обойдется экономике в 8,4 трлн долл., а также может нарушить уклад жизни и благополучие местных сообществ и коренных народов. ПРИМЕРЫ ИЗМЕРЕНИЯ CO2 И МЕТАНА В РАМКАХ ПРОЦЕССА ДЕГРАДАЦИИ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ 5 В проекте по сдерживанию выбросов CO2 GeoMIP (G4) применяются методы геологической инженерии: инъекции специального аэрозоля в стратосферу Земли для снижения радиационного воздействия и сокращения температуры поверхностных слоев. Благодаря этому выбросы углекислого газа из почвы на участке эксперимента сократились вдвое, а выбросы метана – на 40%, в сравнении с итогами реализации другого сценария по сокращению траектории распространения углекислого газа (Representative Concentration Pathway (RCP), принятого Межправительственной группой экспертов по изменению климата (IPCC). Исследование опубликовано в журнале Nature (https://www.nature.com/articles/s41467-020-16357-8#MOESM1), на сайте НКО Silver Lining (https://www.silverlining.ngo/news-feed/mitigation-ofarctic-permafrost-c…), на портале Researchgate (https://www.researchgate.net/publication/341407077_Mitigation_of_Arctic _permafrost_carbon_loss_through_stratospheric_aerosol_geoengineering).

6. Исследование Университета Мичигана (США) «Расширение зоны глобального потепления в Арктике, усиленное окислением углерода из вечной мерзлоты до углекислого газа под воздействием CO2» (Arctic Amplification of Global Warming Strengthened by Sunlight Oxidation of Permafrost Carbon to CO2). 2020 г. Благодаря исследованию выяснили, что углерод в мерзлых почвах чувствителен к воздействию света быстро окисляется именно из-за фотоминерализации. Ученые исследовали органический углерод, высвобождаемый в процессе деградации вечной мерзлоты в шести регионах Арктики, и обнаружили, что наибольшую роль в процессе образования углекислого газа играет присутствие ионов железа, которые катализируют реакцию фотодекарбоксилирования. При текущих темпах повышения среднегодовых температур воздуха к 2100 году из многолетней мерзлоты может высвободиться до 15 процентов законсервированного углерода. Большая его часть покинет многолетнемерзлые породы в виде ПРИМЕРЫ ИЗМЕРЕНИЯ CO2 И МЕТАНА В РАМКАХ ПРОЦЕССА ДЕГРАДАЦИИ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ 6 выбросов углекислого газа в атмосферу, однако свой вклад внесет и боковой перенос органического вещества оттаявших почв в поверхностные воды, где складываются условия для его быстрого окисления за счет фотоминерализации. Авторы исследования выяснили, что растворенное органическое вещество многолетнемерзлых пород чувствительно к воздействию света и подвергается фотоминерализации, окисляясь до углекислого газа. Эти события приведут к существенному сдвигу в изменении климата в сторону еще большего потепления. Исследование опубликовано в научном журнале Geophysical Research Letters (https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2020GL087085), на сайте НКО Earth.org (США) (https://earth.org/models-underestimatecarbon-emissions-from-permafrost-…).

7. Исследование Университета Копенгагена (University of Copenhagen). Статья «Вечная мерзлота в Арктике выделяет больше СО2, чем представляли» (Arctic permafrost releases more CO2 than once believed). 2021 г. В ходе исследования был выявлен новый фактор выбросов СО2 из криолитозоны - бактерии, обитающие в почве мерзлоты. Исследование опубликовано на портале Science Daily (https://www.sciencedaily.com/releases/2021/02/210209113807.htm), в журнале Nature Communications, на сайте Университета Копенгагена (https://science.ku.dk/english/press/news/2021/arctic-permafrost-release…). Международная команда ученых выяснила, что бактерии, обитающие в почве мерзлоты, выделяют колоссальное количество углекислого газа. Ранее считалось, что этот объем СО2 нейтрализуется железом. Однако ПРИМЕРЫ ИЗМЕРЕНИЯ CO2 И МЕТАНА В РАМКАХ ПРОЦЕССА ДЕГРАДАЦИИ ВЕЧНОЙ МЕРЗЛОТЫ 7 это не так в условиях повышения температур. Более того, данный углеродный след не учитывается в текущих климатических моделях. (Эту идею также поддерживают российские ученые, создатели Плейстоценового парка). Исследователи пришли к выводу о том, что замерзшая почва имеет высокое содержание кислорода, что поддерживает стабильность содержания минералов железа и позволяет образовывать сплавы с углеродом. Но по мере того, как лед тает и превращается в воду, уровень кислорода падает, и железо становится нестабильным. Одновременно таяние «пробуждает» жизнедеятельность бактерий. Все это способствует выбросам углекислого газа, преобразованного из запасов углерода в почве вечной мерзлоты. 8. Крупное международное исследование университетов и профильных институтов Германии, Швейцарии, Италии, Нидерландов. Статья «Траектории движения углерода и углекислого газа в зонах вечной мерзлоты различаются в местах береговой эрозии в канадской Арктической зоне» (Permafrost Carbon and CO2 Pathways Differ at Contrasting Coastal Erosion Sites in the Canadian Arctic) Геоинженерное исследование позволяет посмотреть на проблему таяния вечной мерзлоты с точки зрения морфологии береговых линий арктических государств. Статья опубликована на портале Frontiers in Earth Sciences (https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/feart.2021.630493/full) Исследование показало, что строение береговой линии и динамика эрозии играют значительную роль в определении потенциала выбросов углекислого газа в зонах вечной мерзлоты в Арктике. Ил, глинистые осадки, продукты выветривания горных пород и обвалы как результат таяния мерзлоты, вызывают эрозию береговой линии. При различных сценариях эрозии высвобождается значительное количество СО2 (от 1.4 ± 0.1 до 4.0 ± 0.9 мг CO2) за два месяца.