В высоких широтах температура повышалась вдвое быстрее, чем среднее глобальное значение, что привело к таянию вечной мерзлоты и выбросу органического углерода (ОУ) в смежные воды. Оттаивание вечной мерзлоты также приводит к образованию озер и прудов различного размера, которые в настоящее время покрывают ~7% районов, подверженных воздействию вечной мерзлоты на Земле.
Из-за своей относительно высокой лабильности, ОУ, высвобождающийся при таянии, может минерализоваться и выделяться с водной поверхности озер в виде углекислого газа (CO2) и метана (CH4) - двух сильнодействующих парниковых газов. Выделение CO2 и CH4 из озер имеет значение для глобального углеродного (С) цикла. Тем не менее, количественная оценка выбросов углерода из озер остается сложной задачей, особенно в районах вечной мерзлоты с многочисленными удаленными озерами различного размера.
Предполагается, что вызванное климатом потепление и одновременное таяние вечной мерзлоты приведут к увеличению выбросов углерода из озер, затронутых мерзлотой, в основном в результате увеличения запасов сухопутного окисления и повышения температуры воды. Количественная оценка выбросов углерода в результате таяния вечной мерзлоты в озерах имеет поэтому важное значение для получения точных оценок роли климата и таяния вечной мерзлоты при уходе из озера С, особенно в высоких широтах, где происходят наиболее значительные изменения, вызванные потеплением.
Хотя измерения выбросов углерода из высокоширотных озер за последние десятилетия заинтересовали ученых, прямые измерения выбросов углерода из озер, затронутых вечной мерзлотой, проводятся редко. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что высокоширотные озера, включая озера, подверженные вечной мерзлоте, представляют собой чистый источник углерода в атмосферу и признаны важными источниками формирования регионального и глобального климата.
Однако эти оценки часто не охватывают сезонную изменчивость выбросов углерода в озере, игнорирование которой может привести к серьезным ошибкам в количественной оценке годового вклада углерода озера в атмосферный углерод.
Кроме того, имеющиеся данные о выбросах углерода из озер географически смещены, поскольку они охватывают только небольшие площади, что не позволяет оценить роль климата и вечной мерзлоты в выбросах С в больших масштабах.
Западно-Сибирская низменность (ЗСН), крупнейший замороженный торфяной регион мира (~1.3 млн. км2), содержащий ~70 мг C, представляет особый интерес для понимания климатических изменений в цикле углерода в высоких широтах. Недавние исследования подчеркивают, что вечная мерзлота на ЗСН уязвима для таяния и активно деградировала на протяжении последних десятилетий.
Озера представляют собой общую ландшафтную особенность на ЗСН и образуются в основном в результате таяния вечной мерзлоты (т.е. активности термокарстовых пород). Эти термокарстовые озера могут варьироваться в размерах от небольших прудов до крупных, но обычно мелководные, по сравнению с термокарстовыми озерами аналогичного размера в Аляске и Канаде . Тем не менее, имеется лишь несколько измерений концентрации CO2 и CH4 и никаких оценок атмосферного обмена углерода для озер через ЗСН, что означает, что их роль в цикле углерода плохо ограничена.
В данном исследовании ученые количественно оценили выбросы углерода в атмосферу (CO2 + диффузионный CH4) из 76 термокарстовых озер, расположенных через широтный градиент от 62 до 67° с.ш. относительно ЗСН.
Градиент Север-Юг включает в себя значительные различия в среднегодовой температуре воздуха (MAAT; от -1 до -5 °C) и протяженности вечной мерзлоты (от изолированной до непрерывной зоны вечной мерзлоты). Размеры 76 озер варьировались от 115 до 1 237 000 м2 и были отобраны 3 раза в течение сезона открытой воды 2016 г., после обледенения летом, весной и осенью, до образования ледяного покрова.
Ученые измерили концентрации и потоки (с использованием плавучих камер) CO2 и диффузионного CH4 и рассчитали годовой выброс углерода, умножив среднесуточные потоки углерода на количество свободных ото льда дней для каждого озера.
Обнаружили, что выбросы углерода были особенно высокими в холодных регионах вечной мерзлоты, и оценили, что общий объем выбросов углерода из озер ЗСН в 2 раза превышает объем экспорта углерода из региона на арктическое побережье. Такой вывод позволяет предположить, что озера ЗСН играют важную роль в круговороте углерода в высоких широтах.
