Какие газы выделяет тундра?

Две недели в тундре недалеко от Тазовского учёные из Российской академии наук изучали эмиссию парниковых газов. Что это такое и зачем нужны подобные исследования — в нашем материале.

Предыстория

В декабре 2015 года для борьбы с изменением климата и его негативными последствиями страны приняли Парижское соглашение. Оно направлено на существенное сокращение глобальных выбросов парниковых газов и ограничение повышения глобальной температуры воздуха в этом столетии до 2 градусов. Соглашение предусматривает принятие всеми странами на себя обязательств по сокращению своих выбросов парниковых газов. К Парижскому соглашению присоединились 194 страны, Россия — в их числе.

Но чтобы сократить количество выбросов, нужно понимать их объёмы. Причём источники парниковых газов — это не только фабрики и автомобили, существуют ещё и природные. Поэтому на государственном уровне поставлена задача провести инвентаризацию всех естественных источников на территории страны.

— Реализация государственной программы сможет дать оценку не только природным источникам парниковых газов, но и тому, как природные экосистемы их поглощают. Изучение эмиссии (выбросов — прим. авт.) парниковых газов проходит по территории всей страны. Для решения задачи оценки эмиссий парниковых газов с территории Арктики было сформировано госзадание в нашем институте. И мы на небольшом кусочке тундры в Тазовском районе проводим исследования источников и поглотителей парниковых газов, — рассказывает руководитель экспедиции, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией парниковых газов Института физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук Владимир Казанцев.

Ожидается, что результаты исследований всех природных зон России появятся в ближайшие годы, и уже можно будет выяснить, каков общий вклад антропогенных и природных источников в эмиссию парниковых газов и каков масштаб поглощения парниковых газов природой.

Где изучают

27 июля группа из семи учёных прибыла в Тазовскую тундру в 10 километрах от райцентра. Разбив палаточный лагерь, исследователи принялись за работу. Измерение выделения метана и углекислого газа — основных парниковых газов — камерным методом происходит не быстро: за день удаётся собрать пробы с одной-трёх точек в зависимости от объекта исследования.

Природные источники метана — озёра, реки, болота. Сухая тундра метан поглощает и слабо накапливает углерод. Поэтому для полноты картины исследования нужно проводить на всех типичных ландшафтах: болотах, озёрах, сухих участках, хасыреях (места исчезнувших озёр — прим. авт.).

— Радиус исследования небольшой: примерно два километра от лагеря. Здесь находятся типичные участки, характерные для тундры, поэтому эту территорию можно считать репрезентативной. Она даст нам информацию о том, что происходит в других местах тундровой зоны, в частности в Тазовском районе. Наша методика позволяет также оценить, как выделяется углекислый газ с поверхности болот, озёр и тундры, пока без учёта обратного процесса поглощения углекислого газа болотной и тундровой растительностью. Из пробных объектов недалеко обнаружили интересное озеро, оно располагается намного выше всех близлежащих озёр. Там тоже провели измерения и изучили эмиссии метана и углекислого газа, — показывает участки Владимир Казанцев.

Как изучают

Основной инструмент исследователей — статические камеры. Они представляют собой герметичные кубы без одной грани, покрытые светоотражающей плёнкой, которые ставятся на поверхность тундры или болота на водяной замок. Внутри на стенках прикреплены датчик углекислого газа с батареей, вентилятор для перемешивания воздуха и трубка для отбора проб на содержание метана.

— В камеру, как и в атмосферу, происходит выделение парниковых газов. Вмонтированные датчики определяют в камере концентрацию СО2 и постоянно ведут запись. Потом можно увидеть, когда по времени шло накопление или поглощение углекислого газа. Пробы на анализ метана отбираем через равные промежутки времени: первую сразу — так называемая контрольная или нулевая, а следующую через 15 мин. Четыре отбора — и камеру снимаем, проветриваем, — показывает оборудование руководитель экспедиции.

Таким образом, на сухих участках время накопления газов в камере составляет 45 минут, на озёрах — 20 минут, на болотах — полчаса. Проба из камеры берётся через трубку с помощью шприца и закачивается во флакон с соляным раствором.

— Флаконы закатали с концентрированным раствором поваренной соли, чтобы если вдруг в раствор попадут бактерии, которые могут выделять или поглощать метан, они не выживут в соляном растворе. Соляной раствор плохо поглощает метан, то есть образцы могут храниться долго. Соляной раствор из флакона вытесняется пробой, сливается в отдельную ёмкость и утилизируется, — комментирует процесс Владимир Казанцев.

Отбор каждой пробы фиксируется в журнале, там же указываются данные портативной метеостанции на момент взятия пробы камерного воздуха: температура воздуха, скорость ветра, влажность.

— За день в зависимости от точки используем 60-70 пробирок. На озёрах можем на одной точке два часа провести, потом переходим на следующую. На сухой тундре реже перемещаемся, чаще весь день на одной находимся. Используем две камеры, чтобы была хорошая выборка, одновременно два потока, чтобы их можно было сравнивать и быть уверенным, что мы нигде не ошиблись, — поясняет инженер-исследователь лаборатории парниковых газов Института физики атмосферы РАН Кирилл Шмонин.

На влажных участках, как уже отмечалось, экспозиции короче, поэтому точек получается исследовать больше.

— Наша группа из двух человек проводит измерения на болоте. У нас получилось сделать по несколько точек на четырёх участках. В условиях работы в тундре нет ничего сложного, зависит от погоды. Да и вообще, сюда не попадают те, кому трудно работать, — уверена инженер-исследователь лаборатории парниковых газов Института физики атмосферы РАН Арина Ларина.

Когда будут результаты

Собранные в Тазовской тундре образцы и зафиксированные данные учёные будут обрабатывать уже в Москве на лабораторном оборудовании. Записанные от руки показатели оцифруют и занесут в специальную программу, которая рассчитает эмиссию парниковых газов.

— После обработки станет понятно, нашли мы какие-то интересные закономерности или нет. Например, с предыдущих исследований самые интересные зависимости получили для озёр по суточной динамике метана — красивый синусоидальный график зависимости от температуры воздуха или дна. Все остальные зависимости не так чётко выражены, — добавляет руководитель экспедиции.

Учёные отмечают, что в их исследованиях не всегда удаётся найти чёткую зависимость показателей:

— Процессы эмиссии метана бактериями обусловлены большим количеством факторов, в том числе погодными и почвенными условиями. Поэтому выделить из них какой-то конкретный — сложная задача, — поясняет Владимир Казанцев.

10 августа московские учёные завершили работу в нашем районе. Последние подобные исследования в нашей тундре проводились в 2013-2016 годы. Из года в год эмиссия меняется — природа сложно устроена и не всегда поддаётся математическим моделям исследований. На обработку проб из Тазовской тундры исследователям потребуется два-три месяца. А дальше — анализ результатов, подготовка статей и публикация в научных журналах.

Автор: Елена Герасимова,
фото автора