Methane Concentration and Fluxes in Volga River Reservoirs
- Autores: Grechushnikova M.1,2, Mol’kov A.3, Efimov V.1,2, Stepanenko V.1,2,4, Sokolov D.1,2, Lomov V.1,2,4, Agafonova S.1,2, Frolova N.1,2, Repina I.1,4, Kapustin I.3
-
Afiliações:
- Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences
- Moscow State University, Faculty of Geography
- Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences
- Moscow State University, Research Computing Center
- Edição: Volume 87, Nº 6 (2023)
- Páginas: 899-913
- Seção: КАЧЕСТВО ВОД
- URL: https://journals.rcsi.science/2587-5566/article/view/148138
- DOI: https://doi.org/10.31857/S2587556623060080
- EDN: https://elibrary.ru/FNQMWD
- ID: 148138
Citar
Resumo
The paper presents the results of methane flux and its concentration measurements in the reservoirs of the Volga cascade: Ivankovskoye, Rybinskoye, Gorkovskoye, Kuybyshevskoye, and Volgogradskoye reservoirs. The article summarizes the materials from the 2017–2023 seasonal observations archive. Measurements of the gas flux were carried out by the floating chamber method, the methane concentration determination in the samples was carried out by the headspace method. The spatial and seasonal variability of both methane content and its emissions depending on the coefficient of water exchange, weather conditions, the nature of bottom sediments, and depth was revealed. High values of methane concentration and methane flux are observed in the presence of stratification, while during vertical mixing, the flux values decrease significantly. The highest methane flux values are characteristic of the heavily populated by macrophytes shallow Shoshinskiy reach of the Ivankovskoye reservoir (up to 334 mgC-CH4/(m2 day)), the flooded left bank floodplain of the Gorkovskoye reservoir (up to 548 mgC-CH4/(m2 day)), where they are associated with weak flow and intra-mold circulation, and also for Chesnava bay of the Rybinskoye reservoir (up to 1086 mgC-CH4/(m2 day)), associated with anthropogenic pollution and low flow rates. In the bays of Kuybyshevskoye and Volgogradskoye reservoirs that receive inflows with increased mineralization, stratification may increase due to density stratification, the formation of zones with oxygen deficit, and increase in methane flux despite the small amount of organic matter in sediments. The example of the Gorkovskoye reservoir shows the effect of the dam on the spatial structure of methane flux and concentration. Comparison with generalized data on specific methane flows from moderate water reservoirs showed that in the Volga cascade, these values are lower in all months of the open water period except August.
Palavras-chave
Sobre autores
M. Grechushnikova
Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences; Moscow State University, Faculty of Geography
Email: repina@ifaran.ru
Russia, Moscow; Russia, Moscow
A. Mol’kov
Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences
Email: repina@ifaran.ru
Russia, Nizhny Novgorod
V. Efimov
Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences; Moscow State University, Faculty of Geography
Email: repina@ifaran.ru
Russia, Moscow; Russia, Moscow
V. Stepanenko
Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences; Moscow State University, Faculty of Geography; Moscow State University, Research Computing Center
Email: repina@ifaran.ru
Russia, Moscow; Russia, Moscow; Russia, Moscow
D. Sokolov
Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences; Moscow State University, Faculty of Geography
Email: repina@ifaran.ru
Russia, Moscow; Russia, Moscow
V. Lomov
Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences; Moscow State University, Faculty of Geography; Moscow State University, Research Computing Center
Email: repina@ifaran.ru
Russia, Moscow; Russia, Moscow; Russia, Moscow
S. Agafonova
Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences; Moscow State University, Faculty of Geography
Email: repina@ifaran.ru
Russia, Moscow; Russia, Moscow
N. Frolova
Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences; Moscow State University, Faculty of Geography
Email: repina@ifaran.ru
Russia, Moscow; Russia, Moscow
I. Repina
Obukhov Institute of Atmospheric Physics, Russian Academy of Sciences; Moscow State University, Research Computing Center
Autor responsável pela correspondência
Email: repina@ifaran.ru
Russia, Moscow; Russia, Moscow
I. Kapustin
Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences
Email: repina@ifaran.ru
Russia, Nizhny Novgorod
Bibliografia
- Аверина А.А., Антипов Н.Е., Виногоров А.А., Воловодов А.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.
- Гарькуша Д.Н., Фёдоров Ю.А. Факторы формирования концентраций метана в водных экосистемах. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального ун-та, 2021. 366 с.
- Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ. Водохранилища Верхней Волги. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 290 с.
- ГОСТ 23740-2016. Грунты. Методы определения содержания органических веществ. М.: Стандартинформ, 2017.
- 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.
- 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.
- 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)
- 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
- 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-временны́е 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
- Дзюбан А.Н. Микробиологические процессы круговорота органического вещества в донных отложениях водохранилищ Волжско-Камского каскада // Водные ресурсы. 1999. Т. 26. № 4. С. 262–271.
- Дзюбан А.Н. Деструкция органического вещества и цикл метана в донных отложениях внутренних водоемов. Ярославль: Принтхаус, 2010. 174 с.
- Дзюбан А.Н. Метан и процессы его трансформации в воде некоторых притоков Рыбинского водохранилища // Водные ресурсы. 2011. Т. 38. № 5. С. 571–576.
- 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.
- 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.
- Законнов В.В. Илонакопление в системе водохранилищ Волжского каскада // Труды Ин-та биологии внутренних вод РАН. 2016. Вып. 75 (78). С. 30–39.
- Иваньковское водохранилище: Современное состояние и проблемы охраны. М.: Наука, 2000. 344 с.
- Куйбышевское водохранилище (научно-информационный справочник). Тольятти: ИЭВБ РАН, 2008. 123 с.
- 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.
- 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.
- Мартынова М.В. Донные отложения как составляющая лимнических экосистем. М.: Наука, 2010. 243 с.
- 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.
- Никаноров Ю.И. Иваньковское водохранилище // Изв. ГосНИОРХ. 1975. Т. 102. С. 5–25.
- 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., Ло-мов В.А., Мишин Д.В., Сазонов А.А., Степанен-ко В.М., Соколов Д.И., Тимошенко А.А., Фро-лова Н.Л., Шестеркин В.П. Натурные измере-ния 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
- РусГидро. Годовой отчет. М.: Русгидро, 2008. 124 с.
- Фёдоров Ю.А., Тамбиева Н.С., Гарькуша Д.Н., Хорошевская В.О. Метан в водных экосистемах. Ростов-на-Дону–М.: Ростиздат, 2005. 329 с.
- Чистая энергия. Заволжье: Русгидро, 2020. 15 с.
- Шашуловский В.А., Мосияш С.С. Формирование биологических ресурсов Волгоградского водохранилища в ходе сукцессии его экосистемы. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2010. 250 с.
- 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
- Bastviken D., Tranvik L., Downing J., Crill P., Enrich-Prast A. Freshwater Methane Emissions Offset the Continen-tal Carbon Sink // USA: Science. 2011. Vol. 331. P. 6013–6063. https://doi.org/10.1126/science.1196808
- Deemer B.R., Harrison J.A., Li S., Beaulieu J.J., Del Sontro T., Barros N., Bezerra-Neto J.F., Powers S.M., dos San-tos 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
- 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
- Giles J. Methane quashes green credentials of hydropower // Nature. 2006. Vol. 444. P. 524–525. https://doi.org/10.1038/444524a
- 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.
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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