Изменчивость изотопно-кислородного состава реки Яузы в пределах города Москвы в 2019–2021 гг. под влиянием снеготаяния и сильных дождей

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Выполнено исследование сезонных вариаций изотопно-кислородного состава (δ18О) р. Яузы с июня 2019 по ноябрь 2021 г. на основе еженедельных проб, а также изотопного состава и количества атмосферных осадков за данный период в г. Москве. Показана сезонность изотопного состава как для осадков, так и для воды реки, при этом амплитуда вариаций изотопных значений в осадках заметно выше, чем в воде реки. Показаны особенности изменения изотопного состава р. Яузы в периоды снеготаяния 2020 и 2021 гг., отличавшиеся по количеству снегозапасов в предшествующие зимние периоды и объемам талой снеговой воды. Также установлено, что в весенне-осенний период выпадение обильных дождей может приводить к быстрому (через несколько часов или на следующие сутки после дождя) изменению изотопного состава воды реки на 1.0–2.3‰.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Ю. К. Васильчук

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: nadin.budanceva@mail.ru
Russian Federation, 119991, Москва

Н. A. Буданцева

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Author for correspondence.
Email: nadin.budanceva@mail.ru
Russian Federation, 119991, Москва

References

  1. Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А., Васильчук А.К., Чижова Ю.Н. Изотопные методы в географии. Ч. 3. Геохимия стабильных изотопов атмосферы и гидросферы. М.: Геогр. фак. МГУ, 2013. 216 с.
  2. Васильчук Ю.К., Буданцева Н.А., Васильчук Дж.Ю., Ерёмина И.Д., Блудушкина Л.Б. Вариации значений δ18О и содержание водорастворимых солей в атмосферных осадках Москвы в 2014–2016 гг. // Вестн. МГУ. Сер. география. 2021. № 2. С. 35–43.
  3. Литвиненко В.В., Фролов Д.М. Метеорологические особенности зимнего периода 2019/2020 года в Москве // Индикация состояния окружающей среды: теория, практика, образование. Тр. Седьмой международ. науч.-практ. конф. М.: Филинъ, 2020. С. 56–66.
  4. Фролова Н.Л., Киреева М.Б., Агафонова С.А., Евстигнеев В.М., Ефремова Н.А., Повалишникова Е.С. Внутригодовое распределение стока равнинных рек Европейской территории и его изменение // Вод. хоз-во России: проблемы, технологии, управление. 2015. № 4. С. 4–20.
  5. Чижова Ю.Н., Буданцева Н.А., Ефимова Л.Е., Лукьянова А.Н., Суркова Г.В., Васильчук Ю.К. Изотопно-кислородный состав атмосферных осадков и воды в речной системе средней Протвы // Вестн. Моск. ун-та. Сер. география. 2013. № 2. C. 84–93.
  6. Bowen G.J., Ehleringer J.R., Chesson L.A., Stange E., Cerling T.E. Stable isotope ratios of tap water in the contiguous USA // Water Resour. Res. 2007. V. 43. W03419. doi: 10.1029/2006WR005186.
  7. Bowen G.J., Kennedy C.D., Liu Z., Stalker J. Water balance model for mean annual hydrogen and oxygen isotope distributions in surface waters of the contiguous United States // J. Geophys. Res. Biogeosci. 2011. V. 116. P. 1–14. https://doi.org/10.1029/2010JG001581
  8. Chase C.A. Isotopic Composition of Precipitation and River Water: Measurement of δ2H, δ17O, δ18O, and 3H in Southeastern New Brunswick. Master thesis. New Brunswick: New Brunswick Univ. press, 2018. 124 p.
  9. Chizhova J., Kireeva M., Rets E., Ekaykin A., Kozachek A., Veres A., Zolina O., Varentsova N., Gorbarenko A., Povalyaev N., Plotnikova V., Samsonov N., Kharlamov M. Stable isotope (δ18O, δ2H) signature of river runoff, groundwater and precipitation in three river basins in the center of East European Plain // Earth system Sci. Data. 2022. https://doi.org/10.5194/essd-2022-145
  10. Dansgaard W. Stable isotopes in precipitation // Tellus. 1964. V. 16. № 4. P. 436–468.
  11. Fekete B.M., Gibson J.J., Aggarwal P., Vorosmarty C.J. Application of isotope tracers in continental scale hydrological modeling // J. Hydrol. 2006. V. 330. P. 444–456. doi: 10.1016/j.jhydrol. 2006.04.029
  12. Gat J.R., Bowser C.J., Kendall C. The contribution of evaporation from the Great Lakes to the continental atmosphere; estimate based on stable isotope data // Geophys. Res. Lett. 1994. V. 21. I. 7. P. 557–560. doi: 10.1029/94GL00069
  13. Gibson J.J., Aggarwal P., Hogan J., Kendall C., Martinelli L.A., Stichler W., Rank D., Goni I., Choudhry M., Gat J., Bhattacharya S., Sugimoto A., Fekete B., Pietroniro A., Maurer T., Panarello H., Stone D., Seyler P., Maurice-Bourgoin L., Herczeg A. Isotope studies in large river basins: a new global research focus // Eos. 2002. V. 83. № 52. P. 613–617.
  14. Gibson J.J., Holmes T., Stadnyk T.A., Birks S.J., Eby P., Pietroniro A. 18O and 2H in streamflow across Canada // J. Hydrol.: Regional Studies. 2020. V. 32. 100754.
  15. https://rp5.ru
  16. Isotope tracers in catchment hydrology / Eds C. Kendall, J.J. McDonnell. Amsterdam: Elsevier, 1998. 803 p.
  17. Iwatake K., Hirata H., Oda A., Okakita N., Ueda A. Isotope and chemical studies of groundwater in the Kurobe River alluvial fan, Toyama, Japan, for the efficient utilization of groundwater heat // Groundwater for Sustainable Development. 2022. V. 17. 100756. doi: 10.1016/j.gsd.2022.100756
  18. Kaiser A., Scheifinger H., Kralik M. et al. Links between meteorological conditions and spatial/temporal variations in long-term isotope records from the Austrian precipitation network. Vienna: IAEA, 2001. P. 57–59 (IAEA-CN-80/63).
  19. Kendall C., Coplen T.B. Distribution of oxygen-18 and deuterium in river waters across the United States // Hydrol. Processes. 2001. V. 15. I. 7. P. 1363–1393. doi: 10.1002/hyp.217
  20. Koeniger P., Stumpp C., Schmidt A. Stable isotope patterns of German rivers with aspects on scales, continuity and network status // Isotopes in Environmental and Health Studies. 2022. V. 58. I. 4–6. P. 363–379. doi: 10.1080/10256016.2022.2127702.
  21. Kuhlemann L.-M., Tetzlaff D., Soulsby C. Urban water systems under climate stress: An isotopic perspective from Berlin, Germany // Hydrol. Processes. 2020. V. 34. I. 18. P. 3758–3776. doi:.1002/hyp.13850
  22. Laonamsai J., Ichiyanagi K., Patsinghasanee S., Kamdee K., Tomun N. Application of stable isotopic compositions of rainfall runoff for evaporation estimation in Thailand Mekong River basin // Water. 2022. V. 14. P. 2803. https://doi.org/ 10.3390/w14182803
  23. McGuire K.J., McDonnell J.J., Weiler M., Kendall C., McGlynn B.L., Welker J.M., Seibert J. The role of topography on catchment-scale water residence time // Water Resour. Res. 2005. V. 41. W05002. doi: 10.1029/2004WR003657
  24. Nagavciuc V., Bădăluță C.-A., Ionita M. Tracing the relationship between precipitation and river water in the Northern Carpathians base on the evaluation of water isotope data // Geosci. 2019. V. 9. P. 198. https://doi.org/10.3390/geosciences9050198
  25. Nan Y., Tian F., Hu H., Wang L., Sihan Zhao S. Stable Isotope Composition of River Waters across the World // Water. 2019. V. 11. I. 9. P. 1760. doi: 10.3390/w11091760
  26. Rank D., Papesch W. Isotopic composition of precipitation in Austria in relation to air circulation patterns and climate // Isotopic composition of precipitation in the Mediterranean Basin in relation to air circulation patterns and climate. Vienna: IAEA, 2005. P. 19.
  27. Rank D., Wyhlidal S., Schott K., Jung M., Heiss G., Tudor M. A 50 years’ isotope record of the Danube River water and its relevance for hydrological, climatological and environmental research // Acta zoological bulgarica. Suppl. 7. 2014. P. 109–115.
  28. Rank D., Wyhlidal S., Schott K., Weigand S., Oblin A. Temporal and spatial distribution of isotopes in river water in Central Europe: 50-year experience with the Austrian network of isotopes in rivers // Isotopes Environ. Health Stud. 2018. V. 54. I. 2. P. 115–136. https://doi.org/10.1080/10256016.2017.1383906
  29. Rozanski K., Araguas-Araguas L., Gonfiantini R. Isotopic patterns in modern global precipitation // Climate change in continental isotopic records. 1993. V. 78. P. 1–36. https://doi.org/10.1029/GM078p0001
  30. Rozanski K., Gonfiantini R. Isotopes in climatological studies // IAEA Bull. 1990. V. 32. I. 4. P. 9–15.
  31. Smith A., Welch C., Stadnyk T. Assessment of a lumped coupled flow-isotope model in data scarce Boreal catchments // Hydrol. Process. 2016. V. 30. P. 3871–3884. https://doi.org/10.1002/hyp.10835
  32. Freyberg von J., Rücker A., Zappa M., Schlumpf A., Studer B., Kirchner J.W. Four years of daily stable water isotope data in stream water and precipitation from three Swiss catchments // Sci. Data. 2022. V. 9. P. 46. https://doi.org/10.1038/s41597-022-01148-1
  33. Welp L.R., Randerson J.T., Finlay J.C., Davydov S.P., Zimova G.M., Davydova A.I., Zimov S.A. A high-resolution time series of oxygen isotopes from the Kolyma River: Implications for the seasonal dynamics of discharge and basin-scale water use // Geophys. Res. Lett. 2005. V. 32. P. L14401.
  34. Wyhlidal S., Rank D., Schott K., Heiss G., Goetz J. Analysis of isotopic signals in the Danube River water at Tulln, Austria, based on daily grab samples in 2012 // Isotopes Environ. Health Studies. 2014. V. 50. Iss. 4. P. 448–460.
  35. Yi Y., Gibson J.J., Cooper L.W., Hélie J.-F., Dick T.A. Synoptic and time-series stable isotope surveys of the Mackenzie River from Great Slave Lake to the Arctic Ocean, 2003 to 2006 // J. Hydrol. 2010. № 383. Р. 223–232.
  36. Zhu G., Liu Y., Shi P., Jia W., Zhou J., Liu Y., Ma X., Pan H., Zhang Y., Zhang Z., Sun Z., Yong L., Zhao K. Stable water isotope monitoring network of different water bodies in Shiyang River Basin, a typical arid river in China // Earth System Sci. Data. Discussions. 2021. https://doi.org/10.5194/essd-2021-79
  37. Zykin N.N., Tokarev I.V., Vinograd N.A. Monitoring of stable isotopes (δ2H, δ18O) in precipitations of Moscow city (Russia): comparison for 2005–2014 and 1970–1979 periods // Вестн. Санкт-Петербургского гос. ун-та. Науки о Земле. 2021. Т. 66 (4). C. 723–733. https://doi.org/10.21638/spbu07.2021.405

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The Yauza River in the 2019–2021 research area.

Download (298KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Variations of δ18O in precipitation in Moscow (a) and in the water of the Yauza River (b) for the period from 14.06.2019 to 17.11.2021.

Download (290KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. The ratio of precipitation amount (a) and δ18O values ​​(b) in precipitation (I) and in the water of the Yauza River (II). The isotope curve for the Yauza River shows the minimum δ18O values ​​during the spring snowmelt period (1) and the maximum in the summer period (2) and the isotope pulse of intense rains (3).

Download (319KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies