ТГУ: таяние вечной мерзлоты может запустить "эффект домино"
28.11.2025
Вечная мерзлота, покрывающая четверть Северного полушария, долгое время считалась пассивным хранилищем углерода. По мнению почвоведов Томского государственного университета, в условиях стремительного изменения климата таяние мерзлых многолетних почв может оказать значительное влияние на реки, озера и атмосферу, так как в окружающую среду будут выделяться не только парниковые газы, но и большое количество химических элементов. Это может оказать косвенное влияние на баланс углекислого газа на планете. Результаты исследования геохимических процессов, связанных с таянием вечной мерзлоты, ученые ТГУ представили в новом выпуске журнала Geoderma.
Чтобы количественно оценить потенциал переноса растворенных веществ из мерзлых почв в смежные воды, сотрудники лаборатории БиоГеоКлим ТГУ отобрали образцы почв в зоне сплошной вечной мерзлоты в Тазовском районе ЯНАО. Ученые исследовали воду, которая находилась в почвенных порах, дисперсный лед и водные фильтраты на наличие 77 растворенных веществ, включая органические и неорганические химические элементы и соединения.
Результаты анализа заметно варьировались в зависимости от способа отбора проб. Широко распространенным подходом является высушивание почвы с последующей вытяжкой веществ, концентрацию которых необходимо измерить. Более трудозатратной процедурой является работа с нативными пробами, которые в мерзлом состоянии были доставлены в лабораторию, разморожены и проанализированы.
"Концентрации некоторых растворенных веществ в вытяжках из высушенных проб были в десятки раз ниже, чем в нативных пробах воды из талых образцов. То есть, когда мы работаем по стандартным методикам, происходит недооценка концентрации многих веществ", – поясняет один из авторов статьи, заведующий лабораторией БиоГеоКлим ТГУ Сергей Лойко.
К наиболее интересным итогам исследования ученые относят тот факт, что многолетний лед глеезёма содержит в 30 раз больше марганца, чем воды талых горизонтов. Результат этого обогащения виден в реках, которые активно выносят марганец в окружающую среду по мере оттаивания многолетней мерзлоты.
Максимальные концентрации ароматических органических соединений, а также таких элементов, как железо, алюминий и ряд нерастворимых микроэлементов, были обнаружены на глубинах 40–90 см. Эта зона находится непосредственно над границей вечной мерзлоты, в пределах так называемого активного слоя – той части почвы, которая ежегодно оттаивает и замерзает.
"При всех рассматриваемых сценариях потепления климата таяние минеральных почв в регионах вечной мерзлоты будет сказываться на балансе между экосистемами суши и прибрежной зоны", – считает один из авторов статьи, сотрудник лаборатории БиоГеоКлим ТГУ Артём Лим. – "Таяние дисперсного льда, находящегося в порах почвы, вероятно, приведет к высвобождению значительного количества органического углерода (ОУ), а также органических и неорганических макро- и микроэлементов".
С одной стороны, это потенциально важный механизм обратной связи с потеплением климата, поскольку мобилизованный ОУ и питательные вещества могут быть вынесены в крупные реки и, в конечном итоге, в прибрежную зону Северного Ледовитого океана. С другой стороны, токсичные металлы, хранящиеся во льду, также могут выщелачиваться в водную среду, создавая экологические риски.
Как отмечают ученые, опосредованное влияние высвобождаемых элементов на климат и окружающую среду заключается в том, что многие из них увеличивают биологическую продуктивность экосистем. Увеличение количества органики в водоемах способствует большему захвату кислорода, выделению продуктов ее разложения в виде углекислого газа и метана.
Повышенная продуктивность – это более высокие кустарники и деревья, снижение скорости приземного ветра, меньшее выстуживание, увеличение снежного покрова и, соответственно, повышение температуры почвы. Все эти явления будут выступать вторичными факторами, способствующими потеплению.
По мнению ученых на начальных этапах может возникнуть «эффект домино». Дополнительный выброс газов будет усиливать парниковый эффект, вызывая еще более быстрое таяние мерзлоты, что, в свою очередь, приведет к еще большему высвобождению растворенного органического углерода. Однако по мере потепления и усиления продуктивности растений должно усилиться заболачивание, а значит, и захват углекислого газа, что будет компенсаторным стабилизирующим механизмом.
Исследования ведутся при поддержке гранта Российского научного фонда № 23-17-00281 "Роль сезонного и многолетнего промерзания почв в трансформации потоков углерода и металлов (на примере заболоченных ландшафтов Западной Сибири)".
Источник: Пресс-служба ТГУ
Чтобы количественно оценить потенциал переноса растворенных веществ из мерзлых почв в смежные воды, сотрудники лаборатории БиоГеоКлим ТГУ отобрали образцы почв в зоне сплошной вечной мерзлоты в Тазовском районе ЯНАО. Ученые исследовали воду, которая находилась в почвенных порах, дисперсный лед и водные фильтраты на наличие 77 растворенных веществ, включая органические и неорганические химические элементы и соединения.
Результаты анализа заметно варьировались в зависимости от способа отбора проб. Широко распространенным подходом является высушивание почвы с последующей вытяжкой веществ, концентрацию которых необходимо измерить. Более трудозатратной процедурой является работа с нативными пробами, которые в мерзлом состоянии были доставлены в лабораторию, разморожены и проанализированы.
"Концентрации некоторых растворенных веществ в вытяжках из высушенных проб были в десятки раз ниже, чем в нативных пробах воды из талых образцов. То есть, когда мы работаем по стандартным методикам, происходит недооценка концентрации многих веществ", – поясняет один из авторов статьи, заведующий лабораторией БиоГеоКлим ТГУ Сергей Лойко.
К наиболее интересным итогам исследования ученые относят тот факт, что многолетний лед глеезёма содержит в 30 раз больше марганца, чем воды талых горизонтов. Результат этого обогащения виден в реках, которые активно выносят марганец в окружающую среду по мере оттаивания многолетней мерзлоты.
Максимальные концентрации ароматических органических соединений, а также таких элементов, как железо, алюминий и ряд нерастворимых микроэлементов, были обнаружены на глубинах 40–90 см. Эта зона находится непосредственно над границей вечной мерзлоты, в пределах так называемого активного слоя – той части почвы, которая ежегодно оттаивает и замерзает.
"При всех рассматриваемых сценариях потепления климата таяние минеральных почв в регионах вечной мерзлоты будет сказываться на балансе между экосистемами суши и прибрежной зоны", – считает один из авторов статьи, сотрудник лаборатории БиоГеоКлим ТГУ Артём Лим. – "Таяние дисперсного льда, находящегося в порах почвы, вероятно, приведет к высвобождению значительного количества органического углерода (ОУ), а также органических и неорганических макро- и микроэлементов".
С одной стороны, это потенциально важный механизм обратной связи с потеплением климата, поскольку мобилизованный ОУ и питательные вещества могут быть вынесены в крупные реки и, в конечном итоге, в прибрежную зону Северного Ледовитого океана. С другой стороны, токсичные металлы, хранящиеся во льду, также могут выщелачиваться в водную среду, создавая экологические риски.
Как отмечают ученые, опосредованное влияние высвобождаемых элементов на климат и окружающую среду заключается в том, что многие из них увеличивают биологическую продуктивность экосистем. Увеличение количества органики в водоемах способствует большему захвату кислорода, выделению продуктов ее разложения в виде углекислого газа и метана.
Повышенная продуктивность – это более высокие кустарники и деревья, снижение скорости приземного ветра, меньшее выстуживание, увеличение снежного покрова и, соответственно, повышение температуры почвы. Все эти явления будут выступать вторичными факторами, способствующими потеплению.
По мнению ученых на начальных этапах может возникнуть «эффект домино». Дополнительный выброс газов будет усиливать парниковый эффект, вызывая еще более быстрое таяние мерзлоты, что, в свою очередь, приведет к еще большему высвобождению растворенного органического углерода. Однако по мере потепления и усиления продуктивности растений должно усилиться заболачивание, а значит, и захват углекислого газа, что будет компенсаторным стабилизирующим механизмом.
Исследования ведутся при поддержке гранта Российского научного фонда № 23-17-00281 "Роль сезонного и многолетнего промерзания почв в трансформации потоков углерода и металлов (на примере заболоченных ландшафтов Западной Сибири)".
Источник: Пресс-служба ТГУ