Содержание и потоки метана в Волжских водохранилищах

В статье приведены результаты измерений удельного потока метана и его содержания в воде некоторых водохранилищ Волжского каскада: Иваньковском, Рыбинском, Горьковском, Куйбышевском, Волгоградском за 2017–2023 гг. Измерения удельного потока проводились методом плавучих камер, определение содержания метана в пробах – методом headspace. Выявлена пространственная и сезонная изменчивость как содержания метана, так и его эмиссии в зависимости от коэффициента водообмена, погодных условий, характера донных отложений, глубины. Большие концентрации и значения удельного потока метана наблюдаются в период стратификации; при вертикальном перемешивании значения потоков существенно уменьшаются. Максимальные значения удельного потока характерны для сильно зарастающего мелководного Шошинского плеса Иваньковского водохранилища (до 334 мгС-CH₄/(м² сут)), затопленной левобережной поймы Горьковского водохранилища (до 548 мгС-CH₄/(м² сут)), где они связаны со слабой проточностью и внутриплесовыми циркуляциями, а также для залива р. Чеснавы на Рыбинском водохранилище (до 1086 мгС-CH₄/(м² сут)), что связано с антропогенным загрязнением. В заливах Куйбышевского и Волгоградского водохранилищ, принимающих притоки с повышенной минерализацией, возможно усиление стратификации из-за плотностного расслоения, формирование зон с дефицитом кислорода и увеличение удельного потока метана, несмотря на небольшое количество органического вещества в грунтах. На примере Горьковского водохранилища показано влияние плотины на пространственную структуру потока и содержания метана. Сравнение с обобщенными данными по удельным потокам метана с водохранилищ умеренной зоны показало, что в Волжском каскаде эти величины ниже во все месяцы периода открытой воды, кроме августа.

1. АверинаА.А., АнтиповН.Е., ВиногоровА.А., ВоловодовА.А., Головнин К.И., Кузнеченко И.А., Овчинникова О.В., Петров Н.А., Полухин С.И., Сушинцев И.М., Хорошева А.С., Ефимов В.А., Ломов В.А., Фролова Н.Л. Оценка общего содержания метана в Рыбинском водохранилище в зимний период и расчет отдельных составляющих баланса метана // Исследования молодых географов: сб. статей участников зимних студенческих экспедиций. М., 2022. С. 71–80.

2. Гарькуша Д.Н., Фёдоров Ю.А. Факторы формирования концентраций метана в водных экосистемах. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального унта, 2021. 366 с.

3. Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ. Водохранилища Верхней Волги. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 290 с.

4. ГОСТ 23740-2016. Грунты. Методы определения содержания органических веществ. М.: Стандартинформ, 2017.

5. Гречушникова М.Г., Бадюков Д.Д., Саввичев А.С., Казанцев В.С. Сезонные и пространственные изменения содержания метана в Можайском водохранилище в летний период // Метеорология и гидрология. 2017. № 11. С. 67–78.

6. Гречушникова М.Г., Доброхотова Д.В., Капустин И.А., Мольков А.А., Лещев Г.В. Исследование изменчивости гидроэкологических характеристик в приплотинном участке Горьковского водохранилища в 2022 году / Материалы 7-ой всероссийской науч. конф. “Проблемы экологии Волжского бассейна”. Нижний Новгород: ФГБОУ ВО Волжский гос. ун-тет водного транспорта, 2022. Т. 5. С. 1–6.

7. Гречушникова М.Г., Репина И.А., Степаненко В.М., Казанцев В.С., Артамонов А.Ю., Ломов В.А. Эмиссия метана с поверхности долинного Можайского водохранилища // География и природные ресурсы. 2019. № 3. С. 77–85. https://doi.org/10.21782/GIPR0206-1619-2019-3(77-85)

8. Гречушникова М.Г., Ломова Д.В., Ломов В.А., Кременецкая Е.Р., Григорьева И.Л., Комиссаров А.Б., Федорова Л.П. Пространственно-временные различия гидроэкологических характеристик и эмиссии метана Иваньковского водохранилища // Водные ресурсы. 2023. Т. 50. № 1. С. 81–89. https://doi.org/10.31857/S0321059623010078

9. Гречушникова М.Г., Репина И.А., Степаненко В.М., Казанцев В.С., Артамонов А.Ю., Варенцов М.И., Ломова Д.В., Мольков А.А., Капустин И.А. Пространственно-временные изменения содержания и эмиссии метана в водохранилищах с различным коэффициентом водообмена // Изв. РГО. 2018. Т. 150. № 5. С. 14–33. https://doi.org/10.7868/S086960711805002X

10. Дзюбан А.Н. Микробиологические процессы круговорота органического вещества в донных отложениях водохранилищ Волжско-Камского каскада // Водные ресурсы. 1999. Т. 26. № 4. С. 262–271.

11. Дзюбан А.Н. Деструкция органического вещества и цикл метана в донных отложениях внутренних водоемов. Ярославль: Принтхаус, 2010. 174 с.

12. Дзюбан А.Н. Метан и процессы его трансформации в воде некоторых притоков Рыбинского водохранилища // Водные ресурсы. 2011. Т. 38. № 5. С. 571–576.

13. Дзюбан А.Н. Цикл метана в грунтах водохранилищ Волжско-Камского каскада и его роль в деструкции органического вещества // Труды Ин-та биологии внутренних вод РАН. 2016. № 74 (77). С. 21–36.

14. Елистратов В.В., Масликов В.И., Сидоренко Г.И., Молодцов Д.В. Выбросы парниковых газов с водохранилищ ГЭС: анализ опыта исследований и организация проведения экспериментов в России // Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2014. № 11. С. 146–159.

15. Законнов В.В. Илонакопление в системе водохранилищ Волжского каскада // Труды Ин-та биологии внутренних вод РАН. 2016. Вып. 75 (78). С. 30–39.

16. Иваньковское водохранилище: Современное состояние и проблемы охраны. М.: Наука, 2000. 344 с.

17. Куйбышевское водохранилище (научно-информационный справочник). Тольятти: ИЭВБ РАН, 2008. 123 с.

18. Лазарева В.И., Степанова И.Э., Цветков А.И., Пряничникова Е.Г., Перова С.Н. Кислородный режим водохранилищ Волги и Камы в период потепления климата – последствия для зоопланктона и зообентоса // Труды Ин-та биологии внутренних вод РАН. 2018. Т. 81 (84). С. 47–84.

19. Литвинов А.С., Рощупко В.Ф. Многолетние и сезонные колебания уровня Рыбинского водохранилища и их роль в функционировании его экосистемы // Водные ресурсы. 2007. Т. 34. № 1. С. 33–40.

20. Мартынова М.В. Донные отложения как составляющая лимнических экосистем. М.: Наука, 2010. 243 с.

21. Минеева Н.М., Семадени И.В., Макарова О.С. Содержание хлорофилла и современное трофическое состояние водохранилищ р. Волги (2017–2018 гг.) // Биология внутренних вод. 2020. № 2. С. 205–208.

22. Никаноров Ю.И. Иваньковское водохранилище // Изв. ГосНИОРХ. 1975. Т. 102. С. 5–25.

23. Репина И.А., Терский П.Н., Горин С.Л., Агафонова С.А., Ахмерова Н.Д., Василенко А.Н., Гречушникова М.Г., Григорьев В.Ю., Казанцев В.С., Лисина А.А., Ломов В.А., Мишин Д.В., Сазонов А.А., Степаненко В.М., Соколов Д.И., Тимошенко А.А., Фролова Н.Л., Шестеркин В.П. Натурные измерения эмиссии метана на крупнейших водохранилищах России в 2021 г. начало масштабных исследований 2021 г. // Водные ресурсы. 2022. Т. 49. № 6. С. 713–718. https://doi.org/10.31857/S0321059622060141

24. РусГидро. Годовой отчет. М.: Русгидро, 2008. 124 с.

25. Фёдоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Гарькуша Д.Н., Хорошевская В.О. Метан в водных экосистемах. Ростов-наДону–М.: Ростиздат, 2005. 329 с.

26. Чистая энергия. Заволжье: Русгидро, 2020. 15 с.

27. Шашуловский В.А., Мосияш С.С. Формирование биологических ресурсов Волгоградского водохранилища в ходе сукцессии его экосистемы. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2010. 250 с.

28. Bastviken D., Santoro A., Marotta H. Methane emissions from Pantanal, South America, during the low water season: toward more comprehensive sampling // Environ. Science and Technology. 2010. Vol. 44. № 14. P. 5450–5455. https://doi.org/10.1021/es1005048

29. Bastviken D., Tranvik L., Downing J., Crill P., Enrich-Prast A. Freshwater Methane Emissions Offset the Continental Carbon Sink // USA: Science. 2011. Vol. 331. P. 6013–6063. https://doi.org/10.1126/science.1196808

30. Deemer B.R., Harrison J.A., Li S., Beaulieu J.J., Del Sontro T., Barros N., Bezerra-Neto J.F., Powers S.M., dos Santos M.A., Vonk J.A. Greenhouse Gas Emissions from Reservoir Water Surfaces: A New Global Synthesis // BioScience. 2016. Vol. 66. № 11. P. 949–964. https://doi.org/10.1093/biosci/biw117

31. Dzjuban A.N. Microbiological processes of methane transformation and organic matter decomposition in bottom sediments of the reservoirs of the Volga and Kama rivers // Hydrobiological J. 2004. Vol. 40. № 4. P. 69–74. https://doi.org/10.1615/HydrobJ.v40.i4.60

32. Giles J. Methane quashes green credentials of hydropower // Nature. 2006. Vol. 444. P. 524–525. https://doi.org/10.1038/444524a

33. Greenhouse Gas Emissions: Fluxes and Processes, Hydroelectric Reservoirs and Natural Environments. Environmental Science Series / A. Tremblay, L. Varfalvy, C. Roehm, M. Garneau (Eds.). NY: Springer, 2005. 732 p.

34. Johnson M.S., Matthews E., Bastviken D., Deemer B., Du J., Genovese V. Spatiotemporal methane emission from global reservoirs // J. of Geophysical Research: Biogeosciences. 2021. Vol. 126 (8). P. 1–19. https://doi.org/10.1029/2021JG006305

35. Li S., Zhang Q. Carbon emission from global hydroelectric reservoirs revisited // Environ. Science and Pollution Research. 2014. Vol. 21. P. 13636–13641. https://doi.org/10.1007/s11356-014-3165-4

36. Lima I., Ramos F., Bambace L., Rosa R. Methane emissions from large dams as renewable energy resources: a developing nation perspective // Mitigation Adaptation Strategy Global Change. 2006. Vol. 13. P. 1381–1386. https://doi.org/10.1007/s11027-007-9086-5

37. Lomov V., Grechushnikova M., Kazantsev V., Repina I. Reasons and patterns of spatio-temporal variability of methane emission from the Mozhaysk Reservoir in summer period // E3S Web of Conferences IV Vinogradov Conference. 2020. № 163. Article 03010. https://doi.org/10.1051/e3sconf/202016303010

38. Louis V.L., Kelly C.A., Duchemin E., Rudd J.W.M., Rosenberg D.M. Reservoir surfaces as sources of greenhouse gases to the atmosphere: a global estimate // Bioscience. 2000. Vol. 50. P. 766–775. https://doi.org/10.1641/0006-3568(2000)050[0766:RSASOG]2.0.CO;2

39. Rosentreter J.A., Borges A.V., Deemer B.R., Holgerson M.A., Liu S., Song C., Eyre B.D. Half of global methane emissions come from highly variable aquatic ecosystem sources // Nature Geoscience. 2021. Vol. 14. № 4. P. 225–230. https://doi.org/10.1038/s41561-021-00715-2