Учёные Института леса им. В. Н. Сукачева ФИЦ Красноярский научный центр СО РАН реализуют масштабный проект: расставив пять мачт на территории Средней Сибири, они хотят измерить обмен парниковых газов между атмосферой и поверхностью и подсчитать, сколько углекислого газа поглощают сибирские экосистемы.
«На территории Сибири наблюдается потепление и рост концентрации парниковых газов в атмосфере. Наша задача — оценить, сколько углерода сибирские экосистемы могут поглотить из атмосферы. Также нам нужно определить, сколько от поглощенного наземными экосистемами углерода уходит в речную сеть. Проект реализуется в рамках гранта РНФ», — рассказывает заведующий лабораторией биогеохимических циклов в лесных экосистемах Института леса им. В. Н. Сукачева ФИЦ КНЦ СО РАН кандидат биологических наук Анатолий Станиславович Прокушкин.
Сеть наблюдений газообмена с атмосферой KrasFlux включает пять станций: в лесотундре (г. Игарка), в северо-таёжном лиственничнике (п. Тура) и три в районе п. Зотино на верховом болоте, в сосновом лесу и темнохвойной тайге. Каждая такая система состоит из двух комплексов, установленных на мачтах, чтобы улавливать возникающие в атмосфере турбулентные потоки. Один измеряет концентрации диоксида углерода, метана и воды, второй — микрометеорологические параметры (например, показывает, в каком направлении и с какой скоростью дует ветер, сколько приходит и уходит солнечной радиации). В итоге система определяет, сколько воды, метана и CO2 поглотилось либо выделилось с поверхности.
«Четыре точки наших измерений в годовом выражении являются поглотителями CO2 атмосферы, а вот, например, в Игарке — зоне, где мерзлота деградирует, в 2016 году экосистема (плоскобугристое болото) по CO2 сработала в ноль, а по метану выступила источником в атмосферу. Чем длиннее будет ряд наших наблюдений, тем лучше мы сможем оценить, как та или иная экосистема ведёт себя при разных погодных условиях, и сделать прогноз её реакции на потепление — она станет больше поглощать, или больше выделять углекислого газа и метана?» — говорит учёный.
На 300-метровой мачте международной обсерватории «ZOTTO», расположенной в районе посёлке Зотино, анализируется воздух на шести высотных уровнях. Высота мачты позволяет исследовать относительно однородную часть атмосферы — пограничный слой — и дает возможность оценить обменные потоки парниковых газов, интегрированных над обширной территорией свыше пяти миллионов квадратных километров.
«Измерения показывают, что концентрация CO2 достигает своего минимума в конце июля — начале августа, а потом начинает расти и поднимается до достаточно постоянных значений в зимнее время. Так, зимой 2016 года она составляла 410 ppm, а летом — 384 ppm. Разница в 26 ppm — это как раз показатель, сколько диоксида углерода «съедается» растительным покровом за вегетационный сезон, — говорит Анатолий Прокушкин. — При этом концентрация CO2 в атмосфере неуклонно растёт. Средний ежегодный прирост по нашим оценкам — 2,34 ppm в год. С начала наблюдений (2009 год) он составил около 12 ppm. Если посмотреть на школьные учебники 30-летней давности, содержание CO2 в атмосфере в них указано как 0,03 %, что равно 300 ppm, сейчас — уже выше 400 ppm. То есть концентрация CO2 выросла за это время на 30 %».
Недавно похожей системой исследователи оборудовали реки — на небольших водотоках вблизи от станций измерения газообмена разместили комплексы автоматического оборудования, которое определяет вынос из лесных и болотных экосистем растворённого органического и неорганического углерода и CO2 с водой. Это позволит сделать более точную оценку поглотительной ёмкости территории. В г. Игарка на базе Геокриологической лаборатории Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН совместно с исследователями Института леса им. В. Н. Сукачева ФИЦ КНЦ СО РАН проводится круглогодичный мониторинг стока р. Енисей, чтобы определить количество углерода выносимого с водами этой реки в Северный ледовитый океан.
В предыдущие годы в разные сезоны — весной, летом и зимой — было проведено несколько экспедиций по Енисею с целью оценить, сколько углерода в него привносят его основные притоки и как эволюционирует химический состав реки по мере её продвижения на север. Учёные впервые проанализировали концентрацию растворенных в речной воде метана и диоксида углерода и определили их изотопный состав на отрезке с 56 по 68 градус северной широты (что составляет более 1200 км). Сейчас учёные оценивают, сколько этих парниковых газов выделяется из речных вод в атмосферу.
Также в проекте исследователи ставят перед собой задачу проверить несколько существующих гипотез. Например, известно, что диоксид углерода является удобрением для растений. Предполагается: чем больше его в атмосфере, тем выше будет их продуктивность. Необходимо выяснить, так ли это на самом деле? Смогут ли леса поглотить избыточный углекислый газ? Каков в этом плане потенциал территории? Кроме того, важно посмотреть, сколько парниковых газов выделяется из Северного ледовитого океана. В его донных отложениях есть огромные запасы газогидратов (то есть метана), и предполагается, что вся эта мощь может выйти наружу. Для оценки существующих в настоящее время потоков метана в 2017 году планируется запустить в работу станцию в районе посёлка Диксон (Таймыр).
По словам Анатолия Прокушкина, на сегодняшний день исследователи уже могут разделять источники диоксида углерода и метана в атмосфере. Например, зимой чётко видно, как изотопный состав метана утяжеляется. Это связано с увеличением доли эмиссий метана при добыче нефти и природного газа в Западной Сибири. Чтобы оценить вклад каждого компонента в углеродный баланс территории края, необходима детальная информация о том, сколько здесь потребляется энергоносителей — угля, газа, нефтепродуктов, дров. Пока исследователи не обладают полными данными. Также, если проект получит продолжительное финансирование, планируется расширить систему по анализу обменных потоков, увеличить количество мачт.
