Том 39, номер 05, статья № 11

Аннотация:

Для лучшего понимания текущих тенденций роста концентрации парниковых газов в региональном масштабе необходим анализ их изотопного состава с целью идентификации источников и стоков, определяющих как сезонные, так и многолетние изменения их содержания в атмосфере. Непрерывные наблюдения за CО₂, CH₄ и изотопным составом углерода их молекул, проведенные в 2022–2024 гг. в обсерватории «Фоновая», позволили определить диапазон фоновых значений и сезонную изменчивость изотопных соотношений δ¹³C–CО₂ и δ¹³C–CH₄ в атмосфере зоны южной тайги Западной Сибири. Среднедневные (13:00–17:00 по местному времени) значения δ¹³C–CО₂ и δ¹³C–CH₄ варьировали в диапазонах -9,2 ÷ -5,7 и -51,7 ÷ -46,5‰ соответственно. Анализ фоновых показателей выявил в годовом ходе резкий летний минимум концентрации CО₂ и максимум δ¹³C–CО₂, что указывает на интенсивное поглощение ¹²CO₂ наземными экосистемами региона. Зимние значения концентрации CО₂ и δ¹³C–CО₂ согласуются с данными других станций мониторинга парниковых газов Северного полушария. Картина сезонных вариаций содержания CH₄ и значений δ¹³C–CH₄ в атмосфере региона свидетельствует о том, что зимний максимум CH₄ обусловлен антропогенным фактором, а летний – биогенной эмиссией метана с заболоченных территорий Западной Сибири. Методом построения графиков Килинга для каждого месяца были определены сигнатуры источников/стоков, влияющих на концентрацию CО₂ и CH₄ в районе наблюдений. Полученные результаты могут быть использованы для анализа и интерпретации данных многолетних наблюдений за парниковыми газами в Сибирском регионе.

Ключевые слова:

состав атмосферы, парниковые газы, концентрация, углерод, стабильные изотопы, изотопные сигнатуры, южная тайга, Западная Сибирь

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Ciais P., Tans P.P., Trolier M., White J.W.C., Francey R.J. A large Northern Hemisphere terrestrial CO₂ sink indicated by the ¹³C/¹²C ratio of atmospheric CO₂ // Science. 1995. V. 269, N 5227. P. 1098–1102. DOI: 10.1126/science.269.5227.1098.
2. Miller J.B., Tans P.P., White J.W.C., Conway T.J., Vaughn B.W. The atmospheric signal of terrestrial carbon isotopic discrimination and its implication for partitioning carbon fluxes // Tellus. B: Chem. Phys. Meteorol. 2003. V. 55, N 2. P. 197–206. DOI: 10.1034/j.1600-0889.2003.00019.x.
3. Sherwood O.A., Schwietzke S., Arling V.A., Etiope G. Global inventory of gas geochemistry data from fossil fuel, microbial and burning sources, version 2017 // Earth Syst. Sci. Data. 2017. V. 9, N 2. P. 639–656. DOI: 10.5194/essd-9-639-2017.
4. Fujita R., Morimoto S., Maksyutov S., Kim H.-S., Arshinov M., Brailsford G., Aoki S., Nakazawa T. Global and regional CH₄ emissions for 1995–2013 derived from atmospheric CH₄, d¹³C–CH₄, and dD–CH₄ observations and a chemical transport model // J. Geophys. Res.: Atmos. 2020. V. 125, N 14. DOI: 10.1029/2020JD032903.
5. Craig H. Isotopic standards for carbon and oxygen and correction factors for mass-spectrometric analysis of carbon dioxide // Geochim. Cosmochim. Acta. 1957. V. 12, N 1–2. P. 133–149. DOI: 10.1016/0016-7037(57)90024-8.
6. Graven H., Keeling R.F., Rogelj J. Changes to carbon isotopes in atmospheric CO₂ over the industrial era and into the future // Glob. Biogeochem. Cycl. 2020. V. 34, N 11. DOI: 10.1029/2019GB006170.
7. Andres R.J., Marland G., Boden T., Bischof S. Carbon dioxide emissions from fossil fuel consumption and cement manufacture, 1751–1991, and an estimate of their isotopic composition and latitudinal distribution // The Carbon Cycle / T.M. Wigley, D.S. Schimel (eds.). Cambridge: Cambridge University Press, 2000. P. 53–62.
8. Keeling R.F., Graven H.D., Welp L.R., Resplandy L., Bi J., Piper S.C., Sun Y., Bollenbacher A., Meijer H.A.J. Atmospheric evidence for a global secular increase in carbon isotopic discrimination of land photosynthesis // Proc. of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2017. V. 114, N 39. P. 10361–10366. DOI: 10.1073/pnas.1619240114.
9. Keeling C.D. The Suess effect: ¹³Carbon–¹⁴Carbon interrelations // Environ. Int. 1979. V. 2, N 4–6. P. 229–300. DOI: 10.1016/0160-4120(79)90005-9.
10. Бюллетень № 19 ВМО по парниковым газам: «Содержание парниковых газов в атмосфере по данным глобальных наблюдений в 2023 году». Женева: ВМО, 2024. URL: https://library.wmo.int/idurl/4/69057 (дата обращения: 27.07.2025).
11. Ferretti D.F., Miller J.B., White J.W.C., Etheridge D.M., Lassey K.R., Lowe D.C., MacFarling Meure C.M., Dreier M.F., Trudinger C.M., Van Ommen T.D., Langenfelds R.L. Unexpected changes to the global methane budget over the past 2000 years // Science. 2005. V. 309, N 5741. P. 1714–1717. DOI: 10.1126/science.1115193.
12. Lan X., Basu S., Schwietzke S., Bruhwiler L.M.P., Dlugokencky E.J., Michel S.E., Sherwood O.A., Tans P.P., Thoning K., Etiope G., Zhuang Q., Liu L., Oh Y., Miller J.B., Pétron G., Vaughn B.H., Crippa M. Improved constraints on global methane emissions and sinks using d¹³C–CH₄ // Glob. Biogeochem. Cycl. 2021. V. 35, N 6. DOI: 10.1029/2021GB007000.
13. Subak S. Methane from the House of Tudor and the Ming Dynasty: Anthropogenic emissions in the sixteenth century // Chemosphere. 1994. V. 29, N 5. P. 843–854. DOI: 10.1016/0045-6535(94)90157-0.
14. Ruddiman W.F. The anthropogenic greenhouse era began thousands of years ago // Clim. Change. 2003. V. 61, N 3. P. 261–293. DOI: 10.1023/B:CLIM.0000004577.17928.fa.
15. Yamada K., Ozaki Y., Nakagawa F., Sudo S., Tsuruta H., Yoshida N. Hydrogen and carbon isotopic measurements of methane from agricultural combustion: Implications for isotopic signatures of global biomass burning sources // J. Geophys. Res.: Atmos. 2006. V. 111, N 16. D16306. DOI: 10.1029/2005JD006750.
16. Antonovich V.V., Antokhin P.N., Arshinov M.Y., Belan B.D., Balin Y.S., Davydov D.K., Ivlev G.A., Kozlov A.V., Kozlov V.S., Kokhanenko G.P., Novoselov M.M., Panchenko M.V., Penner I.E., Petunov D.A., Savkin D.E., Simonenkov D.V., Tolmachev G.N., Fofonov A.V., Chernov D.G., Smargunov V.P., Yausheva E.P., Paris J.-D., Ancellet G., Law K.S., Pelon J., Machida T., Sasakawa M. Station for the comprehensive monitoring of the atmosphere at Fonovaya Observatory, West Siberia: Current status and future needs // Proc. SPIE. 2018. V. 10833. DOI: 10.1117/12.2504388.
17. Bakwin P.S., Tans P.S., Zhao C., Ussler III W., Quesnell E. Measurements of carbon dioxide on a very tall tower // Tellus B: Chem. Phys. Meteorol. 1995. V. 47, N 5. P. 535–549. DOI: 10.3402/tellusb.v47i5.16070.
18. Higuchi K., Worthy D., Chan D., Shashkov A. Regional source/sink impact on the diurnal, seasonal and inter-annual variations in atmospheric CO₂ at a boreal forest site in Canada // Tellus B: Chem. Phys. Meteorol. 2003. V. 55, N 2. P. 115–125. DOI: 10.3402/tellusb.v55i2.16752.
19. Inoue H.Y., Matsueda H. Measurements of atmospheric CO₂ from a meteorological tower in Tsukuba, Japan // Tellus B: Chem. Phys. Meteorol. 2001. V. 53, N 3. P. 205–219. DOI: 10.3402/tellusb.v53i3.16592.
20. Sasakawa M., Machida T., Tsuda N., Arshinov M., Davydov D., Fofonov A., Krasnov O. Aircraft and tower measurements of CO₂ concentration in the planetary boundary layer and the lower free troposphere oversouthern taiga in West Siberia: Long-term records from 2002 to 2011 // J. Geophys. Res.: Atmos. 2013. V. 118, N 16. P. 9489–9498. DOI: 10.1002/jgrd.50755.
21. Keeling C.D. The concentration and isotopic abundances of atmospheric carbon dioxide in rural areas // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1958. V. 13, N 4. P. 322–334. DOI: 10.1016/0016-7037(58)90033-4.
22. Fisher R.E., France J.L., Lowry D., Lanoisellé M., Brownlow R., Pyle J.A., Cain M., Warwick N., Skiba U.M., Drewer J., Dinsmore K.J., Leeson S.R., Bauguitte S.J.-B., Wellpott A., O'Shea S.J., Allen G., Gallagher M.W., Pitt J., Percival C.J., Bower K., George C., Hayman G.D., Aalto T., Lohila A., Aurela M., Laurila T., Crill P.M., McCalley C.K., Nisbet E.G. Measurement of the ¹³C isotopic signature of methane emissions from northern European wetlands // Glob. Biogeochem. Cycl. 2017. V. 31, N 3. P. 605–623. DOI: 10.1002/2016GB005504.
23. Sriskantharajah S., Fisher R.E., Lowry D., Aalto T., Hatakka J., Aurela M., Lurila T., Lohila A., Kuitunen E., Nisbet E.G. Stable carbon isotope signatures of methane from a Finnish subarctic wetland // Tellus B: Chem. Phys. Meteorol. 2012. V. 64, N 1. DOI: 10.3402/tellusb.v64i0.18818.
24. Lloyd J., Farquhar G.D. ¹³C discrimination during CO₂ assimilation by the terrestrial biosphere // Oecologia. 1994. V. 99. N 3, 4. P. 201–215. DOI: 10.1007/BF00627732.
25. Yamada K., Yoshida N., Nakagawa F., Inoue G. Source evaluation of atmospheric methane over Western Siberia using double stable isotopic signatures // Organic Geochem. 2005. V. 36, N 5. P. 717–726. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2005.01.016.
26. Umezawa T., Machida T., Aoki S., Nakazawa T. Contributions of natural and anthropogenic sources to atmospheric methane variations over western Siberia estimated from its carbon and hydrogen isotopes // Glob. Biogeochem. Cycl. 2012. V. 26, N 4. Р. GB4009. DOI: 10.1029/2011GB004232.
27. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2024 год. М.: Росгидромет, 2025. 104 с. URL: https://www.meteorf.gov.ru/press/news/39990/.