Mechanism of methane bubble transport from peat layer

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Ebullition is an important mechanism of biogenic methane liberation from the peat into the atmosphere. However, at the present time we have a lack of information about formation and movement of the gas bubbles within the surface peat layer (< 1 m depth). As a result, some Russian scientists raise a question about the existence of the ebullition phenomenon at all, despite the multiple field observations. They suggest that the gas transport through the dense peat is physically impossible. In this paper, we substantiate following mechanism of methane bubble transport: under the positive pressure the channel in the peat is formed and serves as a track for methane bubbles into the atmosphere. To model the physical process of the bubble formation and movement we fill the transparent vessel by mesotrophic peat which was recently sampled from Bakchar Bog, Tomsk region. A bent tube was sticked into the central part of peat layer. The syringe with the air was connected to the upper end of the tube putting a pressure on the peat. As a result, we observed a gas discharge which visually confirm theoretical possibility of the process. It was calculated that the bubble of 1.3·10 -3 m in radius emitting from 3 cm depth has ability to do work of (7.6 ± 4.4) · 10 -5 J. Meanwhile, the work to track the channel in the peat (i.e. to do work against elastic forces of moss stems) was theoretically estimated at (3.44 ± 1.03)·10 -5 J (peat compressibility was estimated using results of the «compressive» experiment.). Thus, experimentally based calculations confirm the ebullition phenomenon existence. In the addition, we suggested that the first bubble track the way through the peat facilitating the transport of the rest bubbles through its mass. It was shown on the literature data that required for ebullition positive pressure can be produced by methanogenic archaebacteria and do not influence on its activity. The mechanism of the bubble transport from the several decimeters depth may be similar. In this case, large volume of methane is accumulated in the peat, emitting by considerable gas release events when during short time periods (several hours or even minutes) the flux reaches 40 gCH 4/m 2.

About the authors

M V Glagolev

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Югорский государственный университет (г. Ханты-Мансийск); Институт лесоведения РАН (пос. Успенское, Московская обл.)

Author for correspondence.
Email: m_glagolev@mail.ru

I E Kleptsova

Югорский государственный университет (г. Ханты-Мансийск)

Email: m_glagolev@mail.ru

References

  1. Воробьева Л.И. 2007. Археи. М.: ИКЦ «Академкнига». 447 с.
  2. Бажин Н.М. 2004. Теория эмиссии метана из природных источников // Болота и биосфера: Сборник материалов Третьей Научной Школы (13-16 сентября 2004 г.). Томск: Изд-во ЦНТИ. С. 38-39.
  3. Базин Е.Т., Копенкин В.Д., Косов В.И., Корчунов С.С., Петрович В.М. 1992. Технический анализ торфа. М.: Недра. 431 с.
  4. Гегузин Я.Е. 1985. Пузыри. - М.: Наука. - 176 с.
  5. Глаголев М.В. 2010. Эмиссия СН4 болотными почвами Западной Сибири: от почвенного профиля до региона: дис. … канд. биол. наук. М.: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ).
  6. Глаголев М.В., Клепцова И.Е. 2009. Эмиссия метана в лесотундре: к созданию «стандартной модели» (Аа2) для Западной Сибири // Вестник Томского государственного педагогического университета. № 3. С. 77-81.
  7. Глаголев М.В., Сирин А.А., Лапшина Е.Д., Филиппов И.В. 2010. Изучение потоков углеродсодержащих парниковых газов в болотных экосистемах Западной Сибири // Вестник Томского государственного педагогического университета. № 3. С. 120-127.
  8. Глаголев М.В., Смагин А.В. 2006. Количественная оценка эмиссии метана болотами: от почвенного профиля - до региона (к 15-летию исследований в Томской области) // Доклады по экологическому почвоведению. Т. 3. №3. С. 75-114.
  9. Глаголев М.В., Шнырев Н.А. 2007. Динамика летне-осенней эмиссии СН4 естественными болотами (на примере юга Томской области) // Вестник Московского государственного университета. Серия 17: Почвоведение. №1. С. 8-15.
  10. Годнев И.Н., Краснов К.С., Воробьев Н.К., Васильева В.Н., Васильев В.П., Киселева В.Л., Белоногов К.Н. 1982. Физическая химия. М.: Высшая школа. 687 с.
  11. Коронатова Н.Г. 2010. Исследование разложения торфа в болотах методом инкубации сухих и влажных образцов // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 1. № 1. С. 77-84.
  12. Ломизе Г.М. 1951. Фильтрация в трещиноватых породах. М.-Л.: Госэнергоиздат.
  13. Лукнер Л., Шестаков В.М. 1986. Моделирование миграции подземных вод. М.: Недра. 208 с.
  14. Мастепанов М.А. 2004. Кинетика газообмена в профиле сфагнового болота: от метаногенеза к эмиссии: Автореф. дис.. канд. биол. наук. М.: МГУ. 25 с.
  15. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. 1987. Микробиология. М.: Агропромиздат. 368 с.
  16. Сабреков А.Ф., Глаголев М.В. 2008. К математическому моделированию микробного сообщества цикла метана // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. № S1. C. 84-97.
  17. Степаненко В.М., Мачульская Е.Е., Глаголев М.В., Лыкосов В.Н. 2011. Моделирование эмиссии метана из озер зоны вечной мерзлоты // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. Т. 47. №2. С. 275-288.
  18. Сутин И.А., Финн Г.Р., Зеленская Л.Н. 1973. Микробиология. М.: Медицина.
  19. Сысуев В.В. 1986. Моделирование процессов в ландшафтно-геохимических системах. М.: Наука.
  20. Шеин Е.В. 2005. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ. 432 с.
  21. Arah J.R.M., Stephen K.D. 1998. A model of the processes leading to methane emission from peatland // Atmospheric Environment. V. 32. No. 19. P. 3257-3264.
  22. Baird A.J., Beckwith C.W., Waldron S., Waddington J.M. 2004. Ebullition of methane-containing gas bubbles from near-surface Sphagnum peat // Geophysical Research Letters.V. 31. L21505. doi: 10.1029/2004GL021157.
  23. Bloch A. 2003. Muphy’s law. - N.Y.: Perigee.
  24. Cao M., Dent J.B., Heal O.W. 1995. Modeling methane emissions from rice paddies. Global Biogeochemical Cycles, V. 9, No. 2, P. 183-195.
  25. Cao M., Marshall S., Gregson K. 1996. Global carbon exchange and methane emissions from natural wetlands: Application of a process-based model // Journal of Geophysical Research. V. 101. No. D9. P. 14399-14414.
  26. Glagolev M.V., Golovatskaya E.A., Shnyrev N.A. 2008. Greenhouse Gas Emission in West Siberia // Contemporary Problems of Ecology. V. 1. № 1. P. 136-146.
  27. Glagolev M., Kleptsova I., Filippov I., Maksyutov S., Machida T. 2011. Regional methane emission from West Siberia mire landscapes // Environmental Research Letters. V. 6. N. 4. P. 045214. doi: 10.1088/1748-9326/6/4/045214.
  28. Golovatskaya E.A. 2010. Biological productivity of oligotrophic and eutrophic peatlands in southern taiga in Western Siberia // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 1. № 2. С. 6.
  29. Happell J.D., Chanton J.P. 1993. Carbon Remineralization in a North Florida Swamp Forest: Effects of Water Level on the Pathways and Rates of Soil Organic Matter Decomposition // Global Biogeochemical Cycles. V. 7. P. 475-490.
  30. Happell J.D., Chanton J.P., Whiting G.J., Showers W.J. 1993. Stable Isotopes as Tracers of Methane Dynamics in Everglades Marshes With and Without Active Populations of Methane Oxidizing Bacteria // Journal of Geophysical Research, V. 98. No. D8. P. 14771-14782.
  31. Holzapfel-Pschorn A., Seiler W. 1986. Methane Emission During a Cultivation Period From an Italian Rice Paddy // Journal of Geophysical Research. V. 91. No. D11. P. 11803-11814.
  32. Waddington J.M., Roulet N.T., Swanson R.V. 1996. Water table control of CH4 emission enhancement by vascular plants in boreal peatlands // Journal of Geophysical Research. V. 101. P. 22775-22785.
  33. Walter B.P., Heimann M., Shannon R.D., White J.R. 1996. A process-based model to derive methane emissions from natural wetlands // Geophysical Research Letters. V. 23. No. 25. P. 3731-3734.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2012 Glagolev M.V., Kleptsova I.E.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».