Экспедиции

Летом 2024 г. состоялся полевой выезд сотрудников Лаборатории парниковых газов (ЛПГ) в Тазовский район Ямало-Ненецкого автономного округа. Экспедицию возглавлял инженер-исследователь Георгий Гаврилов, под руководством которого работали научный сотрудник Анна Усачева, а также инженеры-исследователи Арина Ларина и Александр Жерненков.

Южная тундра в окрестностях поселка Тазовский, куда сотрудники ЛПГ наведываются уже не первый год, пестрит разнообразием экосистем и ландшафтов, из которых выделяется метан. Летом 2024 года участники экспедиции продолжили прошлогодние измерения потоков метана и сопутствующих метеорологических параметров из полигонально-торфяных комплексов, а также из малых (от 0,1 до 10км2) и сверхмалых (<0,1км2) термокарстовых озер. Полученные результаты помогут: уточнить, какие микроландшафты в составе тундровых торфяников и озера какой площади выделяют метан наиболее интенсивно; более точно оценить влияние отдельных факторов окружающей среды и времени суток на эмиссию метана из исследованных экосистем.

Помимо привычных работ на озерах и торфяниках, сотрудники ЛПГ провели аналогичные измерения в одном из хасыреев - заболоченной котловине, образовавшейся при спуске термокарстового озера в процессе таяния мерзлоты. Потоки метана внутри хасырея измерялись на отдельных ступенчатых участках, соответствующих разным стадиям отступления озера. С опорой на добытые данные исследователи собираются выяснить, как процессы метаногенеза в тундровых термокарстовых озерах связаны с динамикой исчезновения этих озер на севере Западной Сибири.

23 июня 2024 г. из порта Мурманска в арктическую экспедицию вышел флагман российской академического научного флота «Академик Мстислав Келдыш» (95-й рейс). Экспедицию, организованную Институтом океанологии РАН, возглавляет академик М.В. Флинт. Среди участников был, в частности, сотрудник атмосферы ИФА РАН, ведущий инженер Лаборатории газовых примесей (ЛГПА) Андрей Медведев.

Экспедиция проводилась в рамках программы «Экосистемы морей Сибирской Арктики – 2024: климатические процессы в Карском море, связанные со сходом сезонного ледового покрытия и весенним стоком Оби и Енисея». Основная задача экспедиции состояла в исследовании физических, биологических, гидро- и геохимических процессов, в период схода сезонного льда, и их роли в годовом цикле арктических экосистем.  В июне этого года, районы основных работ экспедиции – Баренцево и Карское моря – в целом характеризовались тяжелыми и неблагоприятными для судоходства ледовыми условиями.

Интерес к наблюдениям содержания метана (CH4) в атмосфере обусловлен влиянием этого соединения на перенос радиации и фотохимические процессы в атмосфере, а также важной ролью метанового цикла в динамике Земной системы в целом. Для Северной Евразии исследования регионального баланса тропосферного метана и углекислого газа актуальны в связи с высокой потенциальной значимостью региона, как источника эмиссий парниковых газов, и происходящими в нем климатическими изменениями. 

Полученные в ходе экспедиции непрерывные ряды концентраций СH4, CO, CO2 и O3 будут использованы для уточнения современных представлений о межгодовой и сезонной изменчивости состава приземного воздуха в высоких широтах, для которых подобные экспедиции являются практически единственным источником таких данных. Результаты измерений будут также использованы для валидации используемых в ЛГПА региональной и планетарной транспортно-химических моделей в Арктической зоне и оценки вкладов региональных природных и антропогенных источников в наблюдаемую изменчивость содержания парниковых газов над акваториями арктических морей. 

В ходе экспедиции проводились непрерывные автоматизированные измерения концентраций оСH4, CO2, H2O, CO, O3 а также изотопной сигнатуры δ13СCH4, метеорологических и навигационных параметров с использованием интегрированного приборного комплекса, разработанного и созданного в ЛГПА руководителем работ по автоматизированным комплексам с.н.с. И.Б. Беликовым и м.н.с. В.А.Белоусовым. Обеспечение наблюдений на судне осуществлял вед. инж. А.П. Медведевым.

Научно-исследовательская станция на о. Самойловский в дельте Лены является одним из крупнейших российских полигонов по исследованию баланса парниковых газов в Арктике. В июле 2024 г. сотрудники ИФА РАН (Лаборатория взаимодействия атмосферы и океана и Лаборатория парниковых газов) отправились в Северную Якутию, чтобы продолжить начатые в прошлом году исследования (подробнее по ссылке1 и ссылке2), которые проводятся в рамках проекта РНФ 22-47-04404 «Потоки и изотопный состав метана над неоднородными ландшафтами вечной мерзлоты в Арктике и торфяных болот в Сибири». 

Основные вопросы, которые предстояло решить в рамках исследования: 

• Как деградация мерзлоты влияет на интенсивность эмиссии метана;
• Как связана термическая неоднородность полигональной тундры с источниками эмиссии;
• Какой вклад деградация мерзлоты вносит в эмиссию метана различных ландшафтов и экосистем.

Измерения потоков метана камерным и пульсационным методами над различными типами ландшафта сопровождались изотопным анализом метана, растворенного в болотных водах и содержащегося в виде газовой фазы в торфе. Кроме того, в болотных водах определялась концентрация растворенного органического углерода и оценивалось преобладание химических структур различного происхождения. 

Удалось выявить не отмеченную в предыдущих исследованиях суточную динамику эмиссии метана и углекислого газа на отдельных элементах микроландшафта полигональной тундры.

Длинный ряд наблюдений на о. Самойловский позволяет оценить экосистемные изменения за период более 20 лет, в частности, изменение удельных потоков и процессов образования метана от различных типов ландшафта. 

Значительный комплекс исследований проводился с использованием беспилотных летательных аппаратов. Проводилась съемка поверхности в видимом и ИК диапазоне, что позволило детально воспроизвести ландшафтную и термическую структуру полигональной тундры в районе исследований. Также измерялись профили метеорологических параметров и газового состава воздуха. 

Научные работы ИФА РАН на о. Самойловский еще далеки от своего завершения. В частности, планируются 

• комплексные исследования небольших мелководных водоемов, образующихся при глубокой деградации полигонального ландшафта и выделяющих большие количества метана; 
• роли полигональных ландшафтов в углеродном балансе р. Лена; 
• роли суточной изменчивости термической структуры острова в энергетическом балансе и турбулентной структуре пограничного слоя атмосферы.