THE CURRENT STATE OF THE GAS COMPOSITION RESEARCH OF LAKE WATER AND BOTTOM SEDIMENTS
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
The article contains analysis of extensive factual material on the research of the gas regime of waters and bottom sediments of lake reservoirs in various regions of the world. The dynamics of methane and carbon dioxide emissions from the surface of continental water bodies and their impact on global biogeochemical cycles are considered. Quantitative estimates of emissions of these gases obtained by different authors are given. It is shown that due to anthropogenic changes of the natural environment, there are also changes in formation and dynamics of the gas composition of lake ecosystems. It was found that remote sensing methods in combination with modeling technologies are currently widely used for the prompt assessment of greenhouse gas emissions into the atmosphere. It is concluded that despite significant interest in the issues discussed special studies on the territory of Belarus are practically absent. This necessitates the organization of research work in order to identify the features of formation and dynamics of the gas composition in the reservoirs all around the country and determine their contribution to greenhouse gas emissions.
Article Details
References
1. Бажин, Н. М. Метан в окружающей среде : аналит. обзор / М. Н. Бажин. – Новосибирск : ГПНТБ СО РАН, 2010. – 56 с.
2. Beaulieu, J. J. Eutrophication will increase methane emissions from lakes and impoundments during the 21st century / J. J. Beaulieu, T. DelSontro, J. A Downing // Nature Communications. – 2019. – Vol. 10. – Article number: 1375. – DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-09100-5 .
3. Methane in Lakes: Variability in Stable Carbon Isotopic Composition and the Potential Importance of Groundwater Input / J. Schenk, H. O. Sawakuchi, A. K. Sieczko [et al.] // Frontiers in Earth Science. – 2021. – Vol. 9. – P. 1–15. – https://doi.org/10.3389/feart.2021.722215 .
4. Global Carbon and other Biogeochemical Cycles and Feedbacks / J. G. Canadell, P. M. S. Monteiro, M. H. Costa [et al.] // Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. – Cambridge ; New York : Cambridge University Press, 2021. – P. 673–816. – https://doi.org/10.1017/9781009157896.007 .
5. Global Carbon Budget 2022 / P. Friedlingstein, M. O’Sullivan, M. W. Jones [et al.] // Earth System Science Data. – 2022. – Vol. 14 (11). – P. 4811–4900. – https://doi.org/10.5194/essd-14-4811-2022 .
6. Взгляд на метан : отчет Международного наблюдательного центра за выбросами метана за 2021 год : Программа по окружающей среде ООН [сайт]. – URL: https://www.unep.org/ru/resources/doklad/vzglyad-na-metan-otchet-mezhdunarodnogo-nablyudatelnogo-centra-za-vybrosami-metana (дата обращения: 07.07.2025).
7. Европейская комиссия принимает Стратегию ЕС по метану в рамках Европейского зеленого соглашения : Climate & Clear Air Coalition [сайт]. – URL: https://www.ccacoalition.org/ru/news/european-commission-adopts-eu-methane-strategy-part-european-green-deal (дата обращения: 07.07.2025).
8. Глобальная инициатива по метану (GMI) : Climate & Clear Air Coalition [сайт]. – URL: https://www.ccacoalition.org/ru/partners/global-methane-initiative-gmi (дата обращения: 07.07.2025).
9. Remote sensing methodology for the estimation of methane emissions from Chinese lakes / F. Breda, M. Cremonini, J. Gao [et al.] // 2008 International Workshop on Earth Observation and Remote Sensing Applications (EORSA 2008). – P. 1–6. – https://doi.org/10.1109/EORSA.2008.4620289 .
10. Freshwater Methane Emissions Offset the Continental Carbon Sink / D. Bastviken, L. J. Tranvik, J. A. Downing [et al.] // Science. – 2011. – Vol. 331 (6013). – P. 1–50. – https://doi.org/10.1126/science.1196808 .
11. Quantification of Diffusive Methane Emissions from a Large Eutrophic Lake with Satellite Imagery / H. Duan, Q. Xiao, T. Qi [et al.] // Environmental Science & Technology. – 2023. – Vol. 57 (36). – P. 13520–13529. – https://doi.org/10.1021/acs.est.3c05631 .
12. Synthetic aperture radar (SAR) backscatter response from methane ebullition bubbles trapped by thermokarst lake ice / M. Engram, K. Walter Anthony, F. J. Meyer, G. Grosse // Canadian Journal of Remote Sensing. – 2013. – Vol. 38 (6). – P. 667–682. – https://doi.org/10.5589/m12-054 .
13. Jaywant, S. Remote Sensing Techniques for Water Quality Monitoring: A Review / S. A. Jaywant, K. M. Arif // Sensors. – 2024. – Vol. 24. – P. 1–31. – https://doi.org/10.3390/s24248041 .
14. LAKE 2.0: a model for temperature, methane, carbon dioxide and oxygen dynamics in lakes / V. Stepanenko, I. Mammarella, A. Ojala [et al.] // Geoscientific Model Development. – 2016. – Vol. 9 (5). – P. 1977–2006. – https://doi.org/10.5194/gmd-9-1977-2016 .
15. Tan, Z. Modeling methane emissions from arctic lakes: Model development and site-level study / Z. Tan, Q. Zhuang, K. Walter Anthony // Journal of Advances in Modeling Earth Systems. – 2015. – Vol. 7 (2). – P. 459–483. – https://doi.org/10.1002/2014MS000344 .
16. Tropospheric methane from an Amazonian floodplain lake / P. M. Crill, K. B. Bartlett, J. O. Wilson [et al.] // Journal of Geophysical Research. – 1988. – Vol. 93 (D2). – P. 1564–1570. – https://doi.org/10.1029/JD093iD02p01564 .
17. Methane flux from the central Amazonian floodplain / K. B. Bartlett, P. M. Crill, D. I. Sebacher [et al.] // Journal of Geophysical Research. – 1988. – Vol. 93 (D2). – P. 1571–1582. – https://doi.org/10.1029/JD093iD02p01571 .
18. Zhang, Y. Transient projections of permafrost distribution in Canada during the 21st century under scenarios of climate change / Y. Zhang, W. Chen, D. W. Riseborough // Global and Planetary Change. – 2008. – Vol. 60 (3/4). – P. 443–456. – https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2007.05.003 .
19. Chanton, J. P. Gas transport from methane-saturated, tidal freshwater and wetland sediments / J. P. Chanton, C. S. Martens, C. A. Kelley // Limnology and Oceanography. – 1989. – Vol. 34 (5). – P. 807–819. – https://doi.org/10.4319/lo.1989.34.5.0807 .
20. Remote sensing northern lake methane ebullition / M. Engram, K. M. Walter Anthony, T. Sachs [et al.] // Nature Climate Change. – 2020. – Vol. 10. – P. 511–517. – https://doi.org/10.1038/s41558-020-0762-8 .
21. Miller, L. G. Methane efflux from the pelagic regions of four lakes / L. G. Miller, R. S. Oremland // Global Biogeochemical Cycles. – 1988. – Vol. 2 (3). – P. 269–277. – https://doi.org/10.1029/GB002i003p00269 .
22. Methane bubbling from Siberian thaw lakes as a positive feedback to climate warming / K. M. Walter, S. A. Zimov, J. P. Chanton [et al.] // Nature. – 2006. – Vol. 441. – P. 71–75. – https://doi.org/10.1038/nature05040 .
23. Kim, J. A simple approach to quantifying whole-lake methane ebullition and sedimentary methane production, and its application to the Canadian Lake Pulse dataset / J. Kim, S. D. Thottathil, Y. T. Prairie // Limnology and Oceanography. – 2025. – Vol. 70 (2). – P. 393–410. – https://doi.org/10.1002/lno.12767 .
24. Gruca-Rokosz, R. Quantitative Fluxes of the Greenhouse Gases CH4 and CO2 from the Sur-faces of Selected Polish Reservoirs / R. Gruca-Rokosz // Atmosphere. – 2020. – Vol. 11 (3). – P. 1–15. – https://doi.org/10.3390/atmos11030286 .
25. Limnological dynamics of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) emissions from a tropical hypertrophic reservoir lake / O. Gerardo-Nieto, M. Merino-Ibarra, S. Sánchez-Carrillo [et al.] // Journal of Water and Climate Change. – 2024. – Vol. 15 (5). – P. 2364–2378. – https://doi.org/10.2166/wcc.2024.723 .
26. Гарькуша, Д. Н. Метан в устьевой области реки Дон / Д. Н. Гарькуша, Ю. А. Федоров. – Ростов н/Д. : Ростиздат, 2010. – 181 с.
27. Гарькуша, Д. Н. Метан в воде и донных отложениях устьевой области Северной Двины (Белое море) / Д. Н. Гарькуша, Ю. А. Федоров, М. И. Хромов // Океанология. – 2010. – Т. 50, № 4. – С. 534–547.
28. Федоров, Ю. А. Первые данные о распределении содержания биогенного метана в воде и донных отложениях оз. Байкал / Ю. А. Федоров, А. М. Никаноров, Н. С. Тамбиева // Доклады Российской академии наук. – 1997. – Т. 353, № 3. – С. 394–397.
29. Федоров, Ю. А. Влияние природных и антропогенных факторов и процессов на распределение концентрации метана в воде и донных отложениях Ладожского озера / Ю. А. Федоров, Н. С. Тамбиева, Д. Н. Гарькуша // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. – 2006. – № 5. – С. 412–424.
30. Федоров, Ю. А. Метан как показатель экологического состояния пресноводных водоемов (на примере озер Валдай и Ужин) / Ю. А. Федоров, Н. С. Тамбиева, Д. Н. Гарькуша // Метеорология и гидрология. – 2004. – № 6. – С. 88–96.
31. Метан в водных экосистемах / Ю. А. Федоров, Н. С. Тамбиева, Д. Н. Гарькуша, В. О. Хорошевская. – 2-е изд., перераб. и доп. – Ростов н/Д. : Ростиздат, 2007. – 330 с.
32. Эмиссия метана из северных озер и водохранилищ по данным наблюдений / А. И. Репина, А. Ю. Артамонов, М. Г. Гречушникова [и др.] // Тез. докл. Всерос. науч. конф. «Фундаментальные проблемы экологии России», Иркутск – пос. Листвянка (оз. Байкал), 25 июня – 1 июля 2017 г. – Иркутск : Изд-во Ин-та географии им. В. Б. Сочавы СО РАН, 2017. – С. 157.
33. Распределение метана в водах озера Байкал / Д. Н. Гарькуша, Ю. А. Федоров, Н. С. Тамбиева [и др.] // Водные ресурсы. – 2023. – T. 50, № 3. – С. 308–323. – https://doi.org/10.31857/S0321059623020098 .
34. Эмиссии метана на торфяном месторождении низинного типа «Выгонощанское» при различном уровне грунтовых вод / Т. Д. Ярмошук, В. А. Ракович, М. Минке, А. Тиле // Природопользование. – 2013. – Вып. 24. – С. 43–51.
35. Kenrick, F. B. Supersaturation of gases in liquids / F. B. Kenrick, K. L. Wismer, K. S. Wyatt // The Journal of Physical Chemistry. – 1924. – Vol. 28 (12). – P. 1308–1315. – https://doi.org/10.1021/j150246a010 .
36. Качество поверхностных вод низовьев Амударьи в условиях антропогенного преобразования пресноводного стока / Ч. А. Абдиров, Л. Г. Константинова, Е. К. Курбанбаев, Г. Г. Константинова. – Ташкент : Фан, 1996. – 112 с.
37. Бахиева, Л. А. Газовый режим в озерах Южного Приаралья в новых условиях существования / А. Л. Бахиева // Wschodnioeuropejskie Czasopismo Naukowe (East European Scientific Journal). – 2016. – Nr 8 (5). – P. 10–11.
38. Гидрохимический режим ацидотрофных озер Беларуси в условиях климатических изменений и антропогенной нагрузки / Н. Ю. Суховило, А. И. Мороз, А. А. Новик, Д. Б. Власова // Журнал Белорусского государственного университета. География. Геология. – 2023. – № 2. – С. 58–69.
39. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов I–IV групп / A. Л. Бандман, Г. А. Гудзовский, Л. С. Дубейковская [и др.] ; под ред. В. А. Филова, Б. А. Ивина, В. А. Филова. – Л. : Химия, 1988. – 512 с.
40. Справочник по гидрохимии / А. М. Никаноров, М. Г. Тарасов, Ю. А. Федоров [и др.] ; под ред. А. М. Никанорова. – Л. : Гидрометеоиздат, 1989.– 390 с.
41. Evolution of natural and anthropogenic fluxes of atmospheric CO2 from 1957 to 2003 / C. D. Keeling, S. C. Piper, T. P. Whorf, R. F. Keeling // Tellus B. – 2010. – Vol. 63 (1). – Р. 1–22. – https://doi.org/10.1111/j.1600-0889.2010.00507.x .
42. The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a System / P. Falkowski, R. J. Scholes, E. Boyle [et al.] // Science. – 2000. – Vol. 290 (5490). – Р. 291–296. – https://doi.org/10.1126/science.290.5490.291 .
43. Watson, A. J. Carbon dioxide fluxes in the global ocean // A. J. Watson, J. C. Orr // Ocean biogeochemistry: the role of the ocean carbon cycle in global change. Global Change – The IGBP Series / M. J. R. Fasham (ed.) [et al.]. – Berlin : Springer-Verlag, 2003. – P. 123–143. – https://doi.org/10.1007/978-3-642-55844-3_6 .
44. A Large Terrestrial Carbon Sink in North America Implied by Atmospheric and Oceanic Carbon Dioxide Data and Models / S. Fan, M. Gloor, J. Mahlman [et al.] // Science. – 1998. – Vol. 282 (5388). – Р. 442–446. – https://doi.org/10.1126/science.282.5388.442 .
45. Climate change and lakes: Estimating sensitivities of water and carbon budgets / J. A. Cardille, S. R. Carpenter, J. A. Foley [et al.] // Journal of Geophysical Research. Biogeosciences. – 2009. – Vol. 114 (G3). – P. 1–11. – https://doi.org/10.1029/2008JG000891 .
46. Carbon Dioxide Supersaturation in the Surface Waters of Lakes / J. J. Cole, N. F. Caraco, G. W. Kling, T. K. Kratz // Science. – 1994. – Vol. 265 (5178). – P. 1568–1570. – https://doi.org/10.1126/science.265.5178.1568 .
47. Balmer, M. B. Carbon dioxide concentrations in eutrophic lakes: undersaturation implies atmospheric uptake / M. B. Balmer, J. A. Downing // Inland Waters. – 2011. – Vol. 1 (2). – Р. 125–132. – https://doi.org/10.5268/IW-1.2.366 .
48. Anas, M. U. M. Carbon budgets of boreal lakes: state of knowledge, challenges, and impli-cations / M. U. M. Anas, K. A. Scott, B. Wissel // Environmental Reviews. – 2015. – Vol. 23 (3). – Р. 275–287. – https://doi.org/10.1139/er-2014-0074 .
49. Observed variability of Lake Superior pCO2 / N. Atilla, G. A. McKinley, V. Bennington [et al.] // Limnology and Oceanography. – 2011. – Vol. 56 (3). – Р. 775–786. – https://doi.org/10.4319/lo.2011.56.3.0775 .
50. Мартынова, М. В. О газовом составе илов оз. Нарочь (в свете влияния на него зообентоса) / М. В. Мартынова, Т. В. Жукова, Э. П. Жуков // Водные ресурсы. – 1999. – Т. 26, № 4. – С. 478–483.
51. Предварительные результаты измерений содержания метана в донных отложениях озер Белорусского Поозерья / А. М. Павлюченко, С. И. Зуй, Б. П. Власов [и др.] // Проблемы геологии Беларуси и смежных территорий : материалы междунар. науч. конф., посвящ. 100-летию со дня рождения акад. НАН Беларуси Александра Семеновича Махнача, Минск, 21–22 нояб. 2018 г. / Ин-т природопользования НАН Беларуси ; редкол.: А. А. Махнач [и др.]. – Мн. : СтройМедиаПроект, 2018. – С. 244–247.
52. Сезонный баланс потоков CO2 через поверхность озера Нарочь (Беларусь) на основе ИК спектроскопии с использованием закрытых камер / З. А. Ничипорович, Б. В. Адамович, А. М. Павлюченко [и др.] // Журнал прикладной спектроскопии. – 2020. – Т. 87, № 1. – С. 78–83.
53. Estimation of CO2 fluxes in the «atmosphere–water» system in the south Lake Baikal littoral with the floating chamber method / V. M. Domysheva, D. A. Pestunov, M. V. Sakirko [et al.] // Atmospheric and Oceanic Optics. – 2015. – Vol. 28. – P. 543–550. – https://doi.org/10.1134/S1024856015060044 .