Томские ученые исследовали геохимические процессы, связанные с таянием многолетней мерзлоты
По мнению почвоведов Томского государственного университета (ТГУ), в условиях стремительного изменения климата таяние многолетнемерзлых 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, вызвав «эффект домино».
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 в почвенных порах, дисперсный лед и водные фильтраты на наличие 77 растворенных органических и неорганических элементов и соединений.
Оказалось, что результаты анализа во многом зависят 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 доставляют в лабораторию, размораживают и анализируют.
«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», — пояснил один из авторов статьи, заведующий лабораторией БиоГеоКлим ТГУ Сергей Лойко.
К наиболее интересным итогам исследования ученые относят выявленный факт превышения в 30 раз содержаний марганца в тундровых глеевых почвах по сравнению с водами талых горизонтов. Отсюда авторы делают вывод об активном выносе марганца в окружающую среду по мере оттаивания многолетней мерзлоты.
Максимальные концентрации ароматических органических соединений, а также таких элементов, как железо, алюминий и ряд нерастворимых микроэлементов, исследователи зафиксировали 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. Таяние дисперсного льда, находящегося в порах почвы, вероятно, приведет к высвобождению значительного количества органического углерода, а также органических и неорганических макро- и микроэлементов», — отметил еще один автор статьи, сотрудник лаборатории БиоГеоКлим ТГУ Артём Лим.
С одной стороны, считают ученые, это потенциально важный механизм обратной связи с потеплением климата, поскольку мобилизованный органический углерод 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.
По мнению авторов, 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, по прогнозам исследователей, будут выступать вторичными факторами, способствующими потеплению, что вызовет «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 послужит компенсаторным стабилизирующим механизмом.