Механизмы формирования гидрохимического стока Оби: регулирующая роль поймы

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-17-00237

НазваниеМеханизмы формирования гидрохимического стока Оби: регулирующая роль поймы

Руководитель Воробьев Сергей Николаевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский государственный университет" , Томская обл

Конкурс №28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле; 07-209 - Биогеохимия и органическая геохимия

Ключевые слова заболоченный водосбор, пойма реки Оби, транспорт углерода, химические элементы, мировой океан, структура гумусового вещества, геохимический спектр, почвы, ГИС

Код ГРНТИ38.33.23

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В настоящее время на фоне глобальной дестабилизации климата наблюдается дестабилизация экосистем, а так же связанное с этим увеличение поступления растворенного органического углерода в реки и эмиссии углекислого газа (CO2) и метана (CH4) в атмосферу. В связи с этим проводятся наблюдения за транспортом органического углерода сибирских рек, таких как Енисей, Лена, Обь, изучаются определяющие его факторы. Считается, что геохимический состав воды в реках формируется исключительно на территории водосборов и отражает происходящие на них процессы. Если для рек Енисей и Лена это положение справедливо, то в реке Обь формирование геохимического состава воды происходит несколько сложнее. В реке Обь геохимический сток с территории водораздела существенно изменяется под воздействием поймы и пойменных процессов. Пойменные массивы выполняют функции регуляторов стока. Механизмы воздействия поймы на геохимический сток с водосбора разнообразны и разнонаправлены и, кроме того, пойма сама по себе является крупным поставщиком (источником) органического углерода и химических элементов. Органический углерод, диоксид углерода, метан, образованные в пойме являются частью стока реки Оби. Сведения о масштабах их образования непосредственно в пойме отсутствуют. В то же время пойменные почвы в совокупности с пойменными водоемами обеспечивают ежегодное образование большого количества биомассы. Продуктивность почв поймы реки Оби значительно выше, чем продуктивность бедных почв ее водосбора. Большое количество отмершей биомассы в период паводка разлагается, переходит в растворенное состояние и транспортируется в основное русло. Важной особенностью поймы реки Оби является то, что ее малые притоки перед объединением с основным руслом реки текут по территории ее поймы. Это расстояние может достигать 80 и более километров. В основном они движутся среди заболоченных, богатых органическим веществом ландшафтов, которые имеют сильную гидравлическую связь с этими притоками. В паводок пойменные воды реки Оби скрывают мелкие водотоки и заливают поймы малых рек на многие километры выше токи их соединения с поймой. Происходящие в паводок гидрохимические и пойменные процессы значительно сложнее, чем простое смешивание пойменных и водораздельных вод. Тем не менее, органические кислоты в различных водах имеют разные соотношения структурообразующих элементов. Эти соотношения достаточно устойчивы и позволят разделить воду притоков и воду поймы. Благодаря этому свойству органических веществ и стабильным изотопам (углерод - 13, дейтерий, кислород -18) можно установить происхождение воды и проследить их движение в пойме, русле в разные сезоны года. Проектом предусмотрено определение геохимического состава этих вод, а также прямое измерение в них растворенного диоксида углерода и растворенного метана. Полученные результаты позволят оценить влияние поймы на геохимический состав стока реки Оби, а также впервые оценить пойму, как самостоятельный источник геохимического стока. Проектом предусмотрена общая оценка основных механизмов, влияющих на состав органического вещества в воде водораздела и поймы. Важной частью проекта, которая будет выполняться в течение всего времени, является методический раздел. В первую очередь это адаптация методик исследования органического вещества в воде к органическому веществу почвенных растворов. Для этих целей будут использоваться мембранно-окситермографический метод распределения органического вещества по фракциям, комплекс методов исследования молекулярно-массовых распределений и форм органического вещества, органометаллических комплексов и другие перспективные для этих целей методы. Такой комплекс методов к изучению органического вещества и его структуры для сравнения водных объектов будет применен впервые. Для оценки соотношения поступающих в русло потоков из поймы и с водоразделов будут проведены гидрологические исследования. Будут использоваться данные федеральной службы «Росгидромет». Самостоятельные замеры расходов воды будут проводиться периодически, во все основные фазы водного режима. В это же время будут отбираться образцы на химический анализ. На модельных реках будут установлены автоматические сенсоры для определения уровня воды. Процесс затопления поймы водами реки и процесс поступления насыщенных гумусовыми веществами вод из поймы в речную воду будет фиксироваться беспилотными летательными аппаратами. Опыт фиксации таких процессов получен нами при проведении аэровизуальных наблюдений затопления поймы Оби в 2015 году. В это же время будут отбираться образцы воды на анализ органического вещества, изотопов и металлов. Для исследования поймы реки Оби предполагается использовать гидрологическое деление системы реки Оби на три основные части. Верхняя Обь – участок речной системы от истоков реки до впадения реки Томь. Средняя Обь – участок системы от впадения реки Томь до впадения реки Иртыш. Нижняя Обь - участок системы от впадения реки Иртыш до Обской губы. Верхнюю и Нижнюю Обь предполагается исследовать маршрутным методом. На участке Средней Оби, где образуется основная часть гидрохимического стока реки, предполагается использовать комплекс методов: маршрутный, метод стационаров, метод ключевых участков, ландшафтно-геохимического картографирования. На этом участке будут проводиться детальные гидрологические, ландшафтные, почвенно-геоботанические исследования. Будут проводиться круглогодичные наблюдения за динамикой (суточная, месячная, годовая, многолетняя) основных исследуемых показателей и параметров. Для пространственного анализа и обобщения данных будет создана обобщенная ландшафтно-геохимическая цифровая картографическая модель, содержащая качественную и количественную информацию об основных потоках органического углерода и металлов в пойме, прилегающих к ней территорий и механизмах воздействия поймы на геохимический сток углерода и металлов в мировой океан. На ее основе будут созданы и проанализированы 2 модели оценки вклада поймы Оби в общий экспорт органического углерода и химических элементов с территории Западной Сибири в мировой океан. Балансовая модель - с использованием данных о содержании химических элементов поступающих с водоразделов и из поймы и их разбавлении в русле Оби. Балансово – идентификационная модель с использованием данных о составе и структуре органического вещества, стабильных изотопов во всех водных объектах и русле Оби.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Раудина Т.В., Лойко С.В., Лим А., Манасыпов Р.М., Широкова Л.С., Истигечев Г.И., Кузьмина Д.М., Кулижский С.П., Воробьев С.Н., Покровский О.С. Permafrost thaw and climate warming may decrease the CO2, carbon, and metal concentration in peat soil waters of the Western Siberia Lowland THE SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT, Т. 634. С. 1004-1023. (год публикации - 2018)
10.1016/j.scitotenv.2018.04.059

2. Крицков И., Лим А., Манасыпов Р.М., Лойко С.В., Широкова Л.С., Кирпотин С.Н., Карлссон Я., Покровский О.С. Riverine particulate C and N generated at the permafrost thaw front: case study of western Siberian rivers across a 1700-km latitudinal transect Biogeosciences, Volume 15, issue 22, 6867-6884 (год публикации - 2018)
10.5194/bg-15-6867-2018

3. Прокушкин А.С. , Корец М.А., Панов А.В., Прокушкина М.П. , Токарева И.В. , Воробьев С.Н. Покровский О.С. Carbon and nutrients in the Yenisei River tributaries draining the Western Siberia Peatlands International Journal of Environmental Studies (год публикации - 2018)

4. Серикова С., Покровский О. С., Ала-Ахо П., Казанцев В., Кирпотин С. Н., Копысов С. Г., Крицков И. В., Лоудон Х., Манасыпов Р. М., Широкова Л. С., Соулсби С., Тетзальф Д., Карлсон Я. High riverine CO2 emissions at the permafrost boundary of Western Siberia Nature Geoscience, Volume 11, Issue 11, Pages 825-829 (год публикации - 2018)
10.1038/s41561-018-0218-1

5. Воробьев С.Н., Покровский О.С., Колесниченко Л.Г., Манасыпов Р.М., Широкова Л.С., Карлссон Ю., Кирпотин С.Н. Biogeochemistry of dissolved carbon, major, and trace elements during spring flood periods on the Ob River Hydrological Processes, Номер: 11, Том: 33, с. 1579-1594 (год публикации - 2019)
10.1002/hyp.13424

6. Прокушкин А.С., Корец М.А., Панов А.В., Прокушкина М.П.,Токарева И.В., Воробьев С.Н., Покровский О.С. Carbon and nutrients in the Yenisei River tributaries draining the Western Siberia Peatlands Institute of Physics Publishing IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Vol. 232, Is.1 (год публикации - 2019)
10.1088/1755-1315/232/1/012010

7. Оргозо Л; Прокушкин А.С.. Покровский О.С. Гренье С; Квинтард М; Виерс Ж; Аудри С Water and energy transfer modeling in a permafrost-dominated, forested catchment of Central Siberia: The key role of rooting depth PERMAFROST AND PERIGLACIAL PROCESSES, Том: 30 Выпуск: 2 Стр.: 75-89 (год публикации - 2019)
10.1002/ppp.1995

8. Крицков И.В., Покровский О.С., Манасыпов Р.М., Лим А.Г., Широкова Л.С., Виерс Ж Colloidal transport of carbon and metals by western Siberian rivers during different seasons across a permafrost gradient GEOCHIMICA ET COSMOCHIMICA ACTA, Том: 265 Стр.: 221-241 (год публикации - 2019)
10.1016/j.gca.2019.08.041

9. Лим А.Г., Сонке Ж.Е., Крицков И.В. ; Манасыпов Р.М. ; Лойко, С.В. ; Покровский О.С. Enhanced particulate Hg export at the permafrost boundary, western Siberia ENVIRONMENTAL POLLUTION, Том: 254 Часть: B (год публикации - 2019)
10.1016/j.envpol.2019.113083

10. Покровский О.С., Манасыпов Р.М., Копысов С.Г., Крицков И.В., Широкова Л.С., Лойко С.В., Лим А.Г., Колесниченко Л.Г., Воробьев С.Н., Кирпотин С.Н. Impact of permafrost thaw and climate warming on riverine export fluxes of carbon, nutrients and metals in Western Siberia WATER (SWITZERLAND), Volume 12, Issue 6, Номер статьи 1817 (год публикации - 2020)
10.3390/W12061817

11. Крицков И.В., Лим А.Г., Манасыпов Р.М., Лойко С.В., Воробьев С.Н., Покровский О.С., Шевченко В.П., Дара О.М., Гордеев В.В. Major and trace elements in suspended matter of Western Siberian rivers: first assessment across permafrost zones and landscape parameters of watersheds Geochimica et Cosmochimica Acta, Volume 269, Pages 429-450 (год публикации - 2020)
10.1016/j.gca.2019.11.005

12. Ян Карлссон, Светлана Серикова, Сергей Н. Воробьев, Жерар Роше-Рос, Блэйз Денфельд, Олег С. Покровский Carbon emission from Western Siberian inland waters Nature Communications (год публикации - 2021)

Публикации