Арктика – один из ключевых регионов мира, относимых Межправительственной группой экспертов по изменению климата к наиболее климатически уязвимым. Арктический регион находится на начальном этапе перемен, которому способствует значительное поступление в атмосферу парниковых газов антропогенного происхождения – газов, изменяющих радиационный баланс Земли и вносящих вклад в накопление тепла в атмосфере – формированию так называемого «эффекта парника». Среди таких газов - углекислый газ или диоксид углерода (CO2), по своему количественному содержанию в атмосфере, и метан (CH4), по степени своего влияния на радиационный баланс Земли, играют первостепенную роль. В Арктической зоне Российской Федерации центральное положение занимают арктические территории Красноярского края – «Красноярская Арктика», на долю которой приходится почти четверть площади всей Арктической зоны РФ и более 45 % площади Красноярского края. Эти обширные и труднодоступные территории остаются «белым пятном» в существующих оценках и прогнозных сценариях наблюдаемых изменений климата и окружающей среды, затрагивающих целый спектр природных объектов и сред в системе: атмосфера – растительность – почва – гидросфера. Газовый состав атмосферы в этом плане особенно информативен, выступая своеобразным индикатором, отражающим текущее состояние и изменения окружающей среды.
Уже более трех лет, с 2018 года, совместными усилиями ученых Института леса им. В.Н. Сукачева СО РАН - обособленного подразделения ФИЦ КНЦ СО РАН и специалистов ФГБУ «Заповедники Таймыра», осуществляется мониторинг газового режима атмосферы. В заполярной атмосфере проводятся круглогодичные наблюдения концентрации диоксида углерода и метана с помощью микрометеорологической мачты, размещенной на побережье Карского моря в районе поселка Диксон – самого северного поселения России (рис. 1а). В Красноярском крае это единственная станция мониторинга атмосферы за Северным полярным кругом, и одна из пяти, размещенных в заполярных широтах Российской Федерации.
Рис 1-а
Рисунок 1-б
Круглогодичные исследования приземной атмосферы, проводимые на мачте (рис. 1б), позволяют оценить величины парниковых газов, которые поглощаются или выделяются природными и антропогенно-нарушенными ландшафтами Арктики на обширной территории. Зона охвата измерений станции составляет более 600 тыс. кв. км. При этом, летние наблюдения фиксируют «газовый» сигнал преимущественно с акватории Северного Ледовитого океана, а в зимние месяцы мониторинговая станция, наоборот, более подвержена влиянию воздушных масс, приходящих с континента – территорий западной и центральной Сибири. Измерения на станции проводятся компактным высокоточным газоанализатором (рис. 2a) с постоянным отбором атмосферного воздуха на мачте на высоте 30 м над уровнем земли. Сопутствующие метеорологические наблюдения (температура и влажность воздуха, осадки, скорость и направление ветра) позволяют оценивать влияние погодных условий на содержание и состав парниковых газов. Данные наблюдений регистрируются в автоматическом режиме.
Рисунок 2-а
В ходе проводимых исследований выявлено, что летний минимум углекислого газа (рис. 2б), иллюстрирующий его поглощение из атмосферы растительным покровом, сдвинут на более поздние сроки в сравнении с более южными районами – подзоной средней тайги Сибири (Обсерватория ZOTTO). Это со всей очевидностью свидетельствует, что сезон активности растительного покрова или «сезон вегетации» в Арктике начинается позже и в значительной степени зависит от погодных условий текущего года. Для другого парникового газа – метана - наблюдается более выраженный летний спад его содержания (рис. 2в) в атмосфере арктической зоны, по сравнению с районами средней тайги, что иллюстрирует выделение газа с обширных болотных территорий западной Сибири.
Рисунок 2-б,в
Стоит отметить, что изучение состава атмосферы было бы неполным без оценки взаимосвязей ее динамики с наземными и водными природными объектами в районе исследований. По этой причине проводится широкий спектр наземных исследований на участке "Бухта Медуза" государственного природного заповедника "Большой Арктический" (Биостационар им. Виллема Барренца) (рис. 3а), расположенном в 16 километрах южнее станции атмосферных наблюдений и входящем в зону охвата ее измерений. Наземные исследования в этом заповеднике позволяют глубже оценить влияние на углеродный фон ландшафта, почв, растительного мира и выявить механизмы их взаимосвязей в условиях арктической лаборатории под открытым небом. Уже несколько лет здесь проводятся сезонные экологические исследования, инструментальные измерения выделения парниковых газов в атмосферу из почвы (рис. 3б), картирование запасов органического вещества для оценки природной пожарной опасности. С прошлого года запущены круглогодичные измерения микро- и мезоклиматических особенностей в разных типах тундры с помощью автономных метеорологических станций (рис. 3в). Своевременная диагностика и прогноз происходящих изменений природной среды, их масштаба и направленности позволит сформировать необходимые принципы экологического реагирования для арктических территорий.
Рисунок 3-а
Рисунок 3-б
Рисунок 3-в
В прошедшем 2021 году атмосферные и наземные исследования на территории заповедника были дополнены измерениями динамики концентрации углекислого газа и метана в приводной атмосфере Карского моря, проведенными на флагмане научно-исследовательского флота РФ “Академик Мстислав Келдыш” в ходе морской экспедиции (рис. 4). Планируется, что такие измерения впредь будут носить регулярный характер. Это позволит глубже понять степень влияния и механизмы атмосферного переноса парниковых газов с акватории Северного Ледовитого океана и оценить их вклад в результаты проводимых комплексных исследований в его прибрежной части.
Рисунок 4-а
Рисунок 4-б
Программа исследований реализуется в рамках НОЦ “Енисейская Сибирь”, при финансовой поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований, Правительства Красноярского края и Красноярского краевого фонда науки в рамках научных проектов № 20-45-242908 и № 20-44-242004 и при поддержке грантов Российского Научного Фонда №21-17-00163 и № 21-77-30001.
А.В. Панов1, А.С. Прокушкин1, Е.А. Кукавская1, М.А. Корец1, А.В. Урбан1, А.А. Цуканов1, И.Н. Корниенко2, М.Г. Бондарь2
1 Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН – обособленное подразделение ФИЦ КНЦ СО РАН, 660036, г. Красноярск, ул. Академгородок, 50/28
2Объединенная дирекция заповедников Таймыра, 663305 г. Норильск, ул. Талнахская, 22