Reply to A.V. Smagin: IV. Surface diffusion or random noise?

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

In this paper, we analyze experimental estimate of surface diffusion coefficient of gas in soil conducted by prof. A.V. Smagin. The experiment consisted of methane diffusion coefficient determination under different soil saturation conditions. Regression analysis was made basing on obtained dataset to determine third-power polynomial coefficients, where soil air-filled porosity is a single independent variable and methane diffusion coefficient is a single dependent variable. Free term of the polynomial was suggested to be diffusion coefficient of gas in water-saturated soil. After the regression free term was found to be several times higher than methane diffusion coefficient in water. Based on this fact A.V. Smagin made a suggestion that surface diffusion had significant impact on methane diffusive transport in soil. In this paper, we estimate the error of this approach. It was revealed that based on original experimental data of A.V. Smagin, free term of third-power polynomial was statistically insignificant (p=0.05). Moreover, its error was order of magnitude higher than its absolute value. After its exclusion from the regression polynomial, the rest of coefficients stayed statistically significant. Furthermore, statistical modelling was used to estimate the influence of measurement uncertainty of methane diffusion coefficient in soil on regression between diffusion coefficient and soil air-filled porosity. Results of statistical modelling indicated that even basing on typical error of diffusion coefficient measurements (about 10%), the error of cubical polynomial free term calculation reached more than 100%. Therefore, it can be concluded that since the regression uncertainty is considerably higher than the absolute value of diffusion coefficient, we can't make any speculations about surface diffusion because statistically it doesn't differ from zero. Besides that, in this paper we consider questions of gas transport in soil, e.g. the inclusion of porosity in mass balance equations and importance of sorption on different timescales. Finally, we discuss several problems of scientific ethics.

About the authors

M. V. Glagolev

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Югорский государственный университет; Томский гсударственный университет; Институт лесоведения РАН; Институт водных проблем РАН

Author for correspondence.
Email: m_glagolev@mail.ru
Russian Federation, Москва; Ханты-Мансийск; Томск; с. Успенское (Московская обл.); Москва

A. F. Sabrekov

Югорский государственный университет; Томский гсударственный университет; Институт лесоведения РАН; Институт водных проблем РАН

Email: m_glagolev@mail.ru
Russian Federation,  Ханты-Мансийск; Томск; с. Успенское (Московская обл.); Москва

I. E. Terentieva

Email: m_glagolev@mail.ru
Russian Federation

References

  1. Айзерман М.А., Бендриков Г.А., Воронов А.А., Красовский А.А., Кузовков Н.Т., Лернер А.Я., Летов А.М., Петров Б.Н., Петров В.В., Солодовников В.В., Теодорчик К.Ф., Топчеев Ю.И., Удерман Э.Г., Храмой А.В., Цыпкин Я.З., Шарипов Д.С., Шаталов А.С. 1967. Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования. Кн. 1: Математическое описание, анализ устойчивости и качества систем автоматического регулирования. М.: Машиностроение. 770 с.
  2. Батунер Л.М., Позин М.Е. 1971. Математические методы в химической технике. Л.: Химия. 824 с.
  3. Большаков А.А., Каримов Р.Н. 2007. Методы обработки многомерных данных и временных рядов. М.: «Горячая линия – Телеком». 522 с.
  4. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. 1973. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М.: Высшая школа. 399 с.
  5. Валеев С.Г. 1991. Регрессионное моделирование при обработке наблюдений. М.: Наука. 272 с.
  6. Гартман Т.Н., Клушин Д.В. 2006. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. М.: ИКЦ «Академкнига». 416 с.
  7. Гельперин Н.И. 1981. Основные процессы и аппараты химической технологии. В 2-х т. Т. 2. М.: Химия. С. 385-812.
  8. Глаголев М.В. 2010. Эмиссия СН4 болотными почвами Западной Сибири: от почвенного профиля до региона: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. М.: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ).
  9. Глаголев М.В., Лапина Л.Э. 2012. Упрощение модели экосистемы на основе анализа характерных скоростей процессов // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 3. № 3. С. 3-30.
  10. Глаголев М.В., Сабреков А.Ф. 2014. Ответ А.В. Смагину: II. Углеродный баланс России // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 5. № 2 (10). С. 50-69.
  11. 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. Вып. 3. №3. С. 75-114.
  12. Глаголев М.В., Филиппов И.В. 2015. Ответ А.В. Смагину: III. О метанотрофном фильтре и конвективной разгрузке в атмосферу // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 6. № 1 (11). С. 42-54.
  13. Дрейпер Н., Смит Г. 1987. Прикладной регрессионный анализ: В 2-х кн. Кн. 2. М.: Финансы и статистика. 351 с.
  14. Дытнерский Ю.И. 1995. Процессы и аппараты химической технологии. В 2-х кн. Часть 2. Массообменные процессы и аппараты. М.: Химия. 368 с.
  15. Евдокимов И.В., Ларионова А.А. 2015. Соображения к дискуссии, предложенной А.В. Смагиным // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 6. № 1. C. 36-38.
  16. Еругин Н.П. 1979. Книга для чтения по общему курсу дифференциальных уравнений. Мн.: Наука и техника. 744 с.
  17. Зайдель А.Н. 1967. Элементарные оценки ошибок измерений. Л.: Наука. 88 с.
  18. Ишханов Б.С., Кечкин О.В., Степанов М.Е. (ред.). 2014. Темная материя. М.: Университетская кн. 196 с.
  19. Козлов М.В. 2014. Планирование экологических исследований: теория и практические рекомендации. М.: Товарищество научных изданий КМК. 171 с.
  20. Лапина Л.Э. 2015. Ответ А.В. Смагину // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 6. № 1. C. 39-41.
  21. Лукнер Л., Шестаков В.М. 1986. Моделирование миграции подземных вод. М.: Недра. 208 с.
  22. Орлов Д.С., Минько О.И., Аммосова Я.М., Каспаров С.В., Глаголев М.В. 1987. Методы исследования газовой функции почвы // Воронин А.Д., Орлов Д.С. (ред.). Современные физические и химические методы исследования почв. М.: Изд-во МГУ. С. 118-156.
  23. Ревут И.Б. 1972. Физика почв. Л.: Колос. 368 с.
  24. Ризниченко Г.Ю. 2011. Лекции по математическим моделям в биологии. М.-Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика». 560 с.
  25. Румшиский Л.З. 1971. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука. 192 с.
  26. Смагин А.В. 2005. Газовая фаза почв. М.: Изд-во МГУ. 301 с.
  27. Смагин А.В. 2007. Абиотическое поглощение газов органогенными почвами // Почвоведение. № 12. С. 1482-1488.
  28. Смагин А.В. 2014. Спорные вопросы количественной оценки газовых потоков между почвой и атмосферой (к дискуссии М.В. Глаголева и А.В. Наумова) // Динамика окружающей среды и глобальные изменения климата. Т. 5. № 2. C. 10 -25.
  29. 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.
  30. Тихонов А.Н., Самарский А.А. 1977. Уравнения математической физики. М.: Наука. 736 с.
  31. Фролов Ю.Г. 1989. Курс коллоидной химии. М.: Химия. 464 с.
  32. Шеин Е.В. 2005. Курс физики почв. М.: Изд-во Моск. Ун-та. 432 c.
  33. Шеин Е.В., Карпачевский Л.О. (ред.). 2007. Теории и методы физики почв. М.: Гриф и К. 616 с.
  34. Alm J., Saarnio S., Nykänen H., Silvola J., Martikainen P.J. 1999. Winter CO2, CH4 and N2O fluxes on some natural and drained boreal peatlands // Biogeochemistry. V. 44. No. 2. P. 163-186.
  35. Conrad R. 1993. Mechanisms controlling methane emission from wetland rice paddies // Biogeochemistry of global change: Radiatively active trace gases / Oremland R.S. (ed.). New York, London: Chapman & Hall. P. 317-335.
  36. Sadasivam B.Y., Reddy K.R. 2014. Landfill methane oxidation in soil and bio-based cover systems: a review // Rev. Environ. Sci. Biotechnol. V. 13. P. 79-107.
  37. Schütz H., Seiler W., Conrad R. 1989. Processes involved in formation and emission of methane in rice paddies // Biogeochemistry. V. 7. P. 33-53.
  38. Wagner D., Kobabe S., Pfeiffer E.-M., Hubberten H.-W. 2003. Microbial Controls on Methane Fluxes from a Polygonal Tundra of the Lena Delta, Siberia // Permafrost Periglac. Process. V. 14. P. 173–185.
  39. Wassmann R., Papen H., Rennenberg H. 1993. Methane emission from rice paddies and possible mitigation strategies // Chemosphere. V. 26. P. 201-217.
  40. Xu Q., Powell J., Jain P., Townsend T. 2014. Modeling of H2S migration through landfill cover materials // Journal of Hazardous Materials. V. 264. P. 254-260.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2017 Glagolev M.V., Sabrekov A.F., Terentieva 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».