|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ФНКЦ РР |
||
Палеоциклы углерода-азота в экосистемах бугристых и полигональных торфяников, едомы и в пластовых льдах на севере России (РНФ)НИР
Carbon-nitrogen paleocycles in ecosystems of palsa and polygonal peatlands and ground ice of the North of Russia
- Руководитель НИР: Васильчук А.К.
- Ответственные исполнители: Буданцева Н.А., Васильчук Ю.К.
- Участники НИР: Блудушкина Л.Б., Васильчук Д.Ю., Гинзбург А.П., Илюшин И.К., Катеман Е.Й., Литвинский В.А., Самочкина А.Д., Слышкина Е.С., Шилова О.С.
- Подразделение: Научно-исследовательская лаборатория геоэкологии Севера
- Срок исполнения: 15 мая 2023 г. - 31 декабря 2025 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 23-17-00082
- Номер ЦИТИС: 123062100036-4
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Глобальные и региональные изменения окружающей среды и общества
- Приоритеты и перспективы НТР Российской Федерации согласно Стратегии НТР РФ: возможность эффективного ответа российского общества на большие вызовы
- ПН России: Рациональное природопользование
- Критическая технология России: Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращения и ликвидации ее загрязнения
-
Ключевые слова:
голоцен, азот, пластовый лед, пальза, пыльца и споры, повторно-жильный лед, стабильные изотопы углерода, едома, диатомеи, торф, углерод
yedoma, diatoms, ice wedges, nitrogen, peat, palsa, pollen and spores, stable carbon isotopes, carbon, holocene -
Описание:
Глобальные изменения существенно отражаются на круговороте углерода и азота в криолитозоне. Биогеохимические циклы углерода (C), азота (N) тесно связаны в экологических взаимодействиях и процессах, однако относительные изменения этих элементов при разных состояниях многолетнемерзлых пород недостаточно изучены. Изменения природной среды хорошо идентифицируются в торфяниках, едомных отложениях и подземных льдах палинологическим методом, колебаниями содержания и отношения углерода и азота, изменениями изотопного состава углерода, а также вариациями состава диатомовых комплексов, поскольку возникает возможность выделения циклитности локального, регионального и глобального масштабов. Поэтому исследование палеоциклов углерода и азота в бугристых и полигональных торфяниках, накопившихся в голоцене, а также в синкриогенных едомных отложениях, накопившихся в позднем плейстоцене, позволяет проследить новые аспекты изменений природной среды, востребованные в последние годы в связи с моделированием последствий глобальных преобразований окружающей среды, а также отделить природные циклы от результатов антропогенного воздействия. На основании изучения колебаний значений С, N, δ13С и С/N будут реконструированы субаквальные и субаэральные фазы развития выпуклобугристых массивов, подтвержденные результатами палинологического и диатомового анализов. Впервые будет установлен региональный или локальный ранг выделенных циклов углерода-азота, в пределах стабильных и протаявших пальза-массивов. Содержание органического углерода и азота, а также отношение С/N, изотопный состав углерода будут использованы для определения скорости перехода отложений в многолетнемерзлое состояние в пределах полигональных торфяников; впервые будет получена статистика распределения С/N в датированных образцах из торфа полигональных торфяных массивов.
-
Abstract:
Global changes significantly affect the circulation of carbon and nitrogen in the permafrost. The biogeochemical cycles of carbon (C) and nitrogen (N) are closely related in ecological interactions and processes, but the relative changes of these elements under different conditions of permafrost are insufficiently studied. Studying the dynamics of organic matter is crucial for understanding the processes of redistribution and circulation of carbon and nitrogen. The increase in temperature and precipitation observed in connection with global warming increase the depth of thawing and the availability of nitrogen to plants and microorganisms, contribute to an increase in primary productivity, and this leads to an increase in carbon uptake. Conversely, these factors have an impact on the increase in greenhouse gas emissions, the rate of "respiration" of the soil and the mobilization of carbon in permafrost deposits. In general, these changes are very complex, and largely compensate for each other, manifesting themselves both globally and locally. Changes in the natural environment are well identified in peatlands, yedoma and ground ice by the pollenl method, fluctuations in the content and ratio of carbon and nitrogen, changes in the isotopic composition of carbon, as well as variations in the composition of diatom complexes, since it is possible to isolate cyclicity of local, regional and global scales. Therefore, the study of carbon and nitrogen paleocycles in palsa and polygonal peatlands accumulated in the Holocene, as well as in syncreogenic yedoma deposits accumulated in the late Pleistocene, allows us to trace new aspects of environmental changes that have been in demand in recent years in connection with modeling the consequences of global environmental transformations, as well as to separate natural cycles from the results of anthropogenic impact.
-
Планируемые результаты:
В конце первого года ожидаются следующие конкретные научные результаты. Полевые исследования позднеплейстоценовых разрезов Центральной Якутии: в Батагае или в долине р. Вилюй, Отбор из обнажений образцов льда и вмещающих отложений, лабораторные определения содержания углерода и азота, изотопного состава углерода, лабораторная обработка образцов и проведение палинологического анализа, радиоуглеродного анализа (суммарно около 100 образцов),сбор гербария современных растений для пополнения палинологической коллекции и для определения содержания углерода и азота, изотопного состава углерода. Отбор по профилям торфа и из обнажений образцов льда и торфа из полигональных торфяников и обнажений пластовых льдов, сбор гербария современных растений - близ г.Анадырь и пос. Лорино на Чукотке для определения содержания углерода и азота, изотопного состава углерода, радиоуглеродного анализа, палинологического анализа (не менее 15 новых AMS датировок микровключений изо льда). (суммарно около 75 образцов)сбор гербария современных растений для пополнения палинологической коллекции и для определения содержания углерода и азота, изотопного состава углерода./ или исследования торфяников на полигоне Хановей - отбор по профилям образцов торфа и из льда и торфа из скважин на вершинах пальза, их склонах и в понижениях, для определения содержания углерода и азота, изотопного состава углерода, радиоуглеродного анализа, палинологического анализа, сбор гербария современных растений для пополнения палинологической коллекции и для определения содержания углерода и азота, изотопного состава углерода
-
Научный задел:
Авторами проекта накоплен опыт изучения бугристых и полигональных торфяников, подземных льдов, едомных отложений в частности изучения палиноспектров, включая непалинологические палиноморфы, радиоуглеродного AMS датирования микро-органических включений и спорово-пыльцевого концентрата интерпретации данных результатов (Vasil'chuk et al., 2022a,b, в журнале Radiocarbon top-25) . Авторами получены результаты пилотных исследований почв в окрестностях Батагайского мегаоврага, сингенетических повторно-жильные льдов и вмещающих их едомных отложений Батагайского мегаоврага. Авторами получены данные по содержанию углерода и азота в ледяных жилах на разных уровнях верхнего едомного комплекса. Проведены исследования содержания углерода, азота и изотопного состава углерода в полигональных ландшафтах на побережье залива Онемен, Чукотка. На основании проведенных исследований сформулированы (Vasil’chuk, Vasil’chuk, 2017) новые положения, стратегии адекватного радиоуглеродного датирования синкриогенных толщ. Палинологическое изучение нескольких разнотипных залежей пластовых льдов, вскрытых в разрезах на Ямале и Гыданском полуострове (Vasil'chuk, Vasil'chuk, 2021 -в журнале PPP top-25) позволило верифицировать выделенные признаки и оценить происхождение залежей.
-
Основные результаты:
палеогеографических задач: 1. На основании изучения массивов пальза Большеземельской тундры будут выделены палеоциклы углерода и азота, основных элементов, отражающих динамику органического вещества на основании изучения протаявших в 21 веке пальза у пос. Абезь и стабильно существующих начиная с середины нортгриппианского – начала мегхалайского периодов голоцена пальза у пос. Елецкая, а также в районе формирования пальза в настоящее время у пос. Хановэй. При помощи палинологического и диатомового анализов будет определен ранг циклов, одни из которых были локальными, а вторые региональными или глобальными, такими же как современный цикл потепления в Арктике в зоне прерывистого распространения многолетнемерзлых пород; 2. На основании изучения полигональных торфяников на побережье Карского моря (устье р.Оюяха, Сеяха), на Центральном Ямале (Бованенково), на побережье Берингова моря (Анадырь, Лорино) будут выделены палеоциклы углерода и азота разного ранга в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород с привязкой к геохронологической шкале. Подробное 14С датирование торфяников позволит получить общую картину динамики органического вещества торфяников в западной и восточной частях криолитозоны; 3. На основании геохимического изучения едомных толщ с использованием подробного радиоуглеродного датирования на примере наиболее выразительных криосферных объектов самой западной едомы - на Ямале в устье р.Сеяха и, разрезов едомных отложений в Центральной Якутии – в долине р.Вилюй и Батагай будут установлены циклы процессов торфонакопления и почвообразования в ходе субаэрально-субаквального циклического накопления едомы, в визуально однородных едомных толщах; Комплексное изучение изменений природной среды с использованием гетерогенных природных архивов (едомные отложения с сингенетическими повторно-жильными льдами, многолетнемерзлые отложения с пластовыми льдами Чукотки и севера Западной Сибири, полигональные торфяники) дает возможность получить палеогеографические реконструкций высокой степени детальности, поскольку двух-компонентные системы (лед и вмещающие отложения) несут в себе дополнительные возможности для реконструкций, так как позволяют выделять два палеоклиматических и геохимических сигнала взаимодополняющих друг друга. Будет получено обоснование синхронности процессов торфонакопления и почвообразования с активизацией процессов формирования повторно-жильных льдов в ходе субаквальной-субаэральной цикличности формирования едомных толщ; 4. С использованием предложенного в проекте комплекса методов будет определен генезис пластовых залежей выделены циклы углерода и азота, отразившихся в пластовых льдах в разных регионах криолитозоны на Центральном Ямале (Бованенково), на побережье Берингова моря (Лорино).
- Добавил в систему: Васильчук Алла Константиновна
Источник финансирования НИР
| грант РНФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 15 мая 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Палеоциклы углерода-азота в экосистемах бугристых и полигональных торфяников, едомы и в пластовых льдах на севере России |
| Результаты этапа: 1). Выполнено обобщение имеющихся данных по изотопному составу углерода (δ13С) и содержанию углерода (С) и азота (N) в отложениях пальза и литальза. Для пальза массива Елецкий (Большеземельская тундра) распределение значений С, N, δ13С и С/N по вертикали торфяного покрова позволяют установить субаквальные и субаэральные фазы развития выпуклобугристого массива. По данным радиоуглеродного датирования установлено, что накопление торфяника началось между 11 и 8 кал. тыс. лет назад. Процессы морозного пучения и рост пальза происходили от 8 до 5 кал тыс. лет назад. Позже отдельные пальза частично оттаяли с поверхности, некоторые из них протаяли полностью. Новый этап пучения был зафиксирован около 2 кал. тыс. лет назад, когда начали расти новые бугры, а сформировавшиеся на предыдущем этапе пальза продолжили свой рост. По результатам радиоуглеродного анализа установлен региональный или локальный ранг выделенных циклов углерода-азота. Проведено исследование содержания C, N, C/N в почвенном покрове и погребенных торфяных горизонтах отложений литальза на поверхности первой террасы р.Сенца в Западном Саяне. Показано, что самые высокие значения содержания углерода и азота были отмечены у подножий литальза в подстилочном и в иллювиальном горизонте на пойме, минимальные – на вершине литальза и в иллювиальном горизонте почв на высокой террасе. Содержание азота и углерода практически не изменяется при переходе из иллювиального горизонта к материнской породе, т.е. преобразования органического вещества в иллювиальном горизонте не происходило. Анализ распределения C/N в генетических горизонтах почв, сформировавшихся в пределах литальза-ландшафта, показал, что наиболее высокие средние значения данной величины наблюдаются прослоях погребенного торфа. Показано, что чем выше среднее значение С/N, тем старше литальза, за счет снижения содержания азота, который перерабатывается почвенными микроорганизмами. Показана возможность использования величины отношения С/N как дополнительный критерий разделения пальза и литальза: значение С/N в разрезах литальза не превышает 10-12, тогда как в разрезах пальза это значение обычно составляет 30-40. 2). Установлено время формирования голоценового сингенетического повторно-жильного льда, залегающего в торфянике на побережье Байдарацкой губы – от 6.4 до 1.9 тыс. калибр. лет назад. Значения изотопно-кислородного состава во льду жил варьируют от –21.8 до –13.73 ‰, что позволило оценить приблизительные значения среднеянварских температур воздуха в период роста жил – от –20 до –25°С, во время более мягких зим они могла быть и около –18°С. По полигональному торфянику получено вертикальное распределение значений С, N, C/N, δ13С и δ15N. Содержание С изменяется от 24,5 до 51,8%, содержание N – от 1 до 1,66%, соотношение C/N варьирует в широком диапазоне от 15 до 50. Значения δ13С варьируют в диапазоне от −24,9 до −28,2‰, значения δ15N – от 1,4 до 3‰. Результаты по содержанию углерода и азота свидетельствуют о нескольких ритмах, вероятно обусловленных изменениями уровня Байдарацкой губы как локальных, так и региональных. 3). Исследован торфяник с повторно-жильными льдами, вскрытый в обнажениях гравелистых песков в долине р. Чара в Северном Забайкалье, также изучены сезонные бугры пучения на террасе р.Чара. Для этого региона выполнено первое прямое AMS радиоуглеродное датирование голоценовых повторно-жильных льдов на основе радиоуглеродного возраста микровключений органического материала, экстрагированного непосредственно из ледяных жил, показано, что жилы формировались между 11,27 и 6,42 тыс. лет назад. Вариации средних значений δ18O в жильных льдах составляют более 8‰ от –25,5‰ до –18,8‰, что позволяет оценить среднюю температуру января около –38°С в наиболее холодные зимы, и около –28°С – в наиболее теплые. 4). Проведены исследования вертикального распределения значений С, N, δ13С и δ15N в толще полигональных и выпуклобугристых торфяников в долине р. Чара, выполнено сопоставление этих параметров для полигональных торфяников, изученных в 2022 и 2023 гг. Для полигонального торфяника значения отмечен тренд увеличения значений C/N с глубиной, что, в основном, связано со снижением значений содержания N. Низкие значения С и N получены для фрагментов мерзлой древесины из отложений, а также для торфа с большим количеством минеральных примесей. Показано, что торф бугров пучения заметно обеднен углеродом и азотом по сравнению с полигональным торфяником, что, скорее всего, указывает на различную интенсивность переработки органики. В первую очередь, по мнению участников проекта это обусловлено геокриологическим фактором. Бугристый торфяник в летнее время протаивает на бóльшую глубину, чем полигональный торфяник с ледяными жилами. Предварительные результаты содержания углерода и азота позволяют связать полученные колебания не только с особенностями аллювиальной аккумуляции, но и со сменой фаз развития растительного покрова на данном временном отрезке голоцена. 5). Впервые выполнены прямые AMS определения радиоуглеродного возраста пластовых льдов на востоке п-ова Чукотка, близ пос. Лорино и Лаврентия, на основе датирования методом AMS органических микровключений, извлеченных изо льда. Установлено, что пластовый лед в Аккани датирован от 22,15 до 21,61 тыс. кал. лет; для пластовых льдов в районе Лаврентия получены датировки 27 553 и 22 193 кал. лет, что позволяет говорить об их развитии в конце позднего плейстоцена 22-27 тыс. лет назад. Получены диаграммы вертикального распределения изотопного состава (значений δ18O и δ2H) для изученных пластовых льдов, которые позволяют уверенно говорить о том, что эти ледяные тела имеют внутригрунтовое происхождение. 6). Для полигонального торфяника в районе пос.Лорино получено распределение значений содержания C, N и значений δ13С и δ15N для 3-метровой толщи торфа с шагом отбора 10 см. Отмечено довольно низкое содержание С и N в нижних 1,5 м и заметное увеличение значений как С так и N в верхней половине торфяника, что однако почти не отразилось на значении соотношения C/N. Значения δ13С в торфе в целом ниже, чем в торфе пальза (массива Елецкий), что может быть обусловлено как разным составом растительности, так и различными условиями разложения торфа. Выделенные циклы распределения углерода и азота, а также сопоставление с изотопным составом углерода позволило выделить субаэральные и субаквальные фазы развития торфяника. 7). Впервые выполнено диагностическое сравнение изотопных данных из параллельно расположенных ледяных жил из единого разреза верхней части Батагайской едомы. Возрастная привязка изотопных диаграмм проведена на основе радиоуглеродных AMS датировок органики, извлеченной изо льда жил. Согласно полученным датировкам, повторно- жильные льды, вскрывающиеся в верхней 20-метровой части обнажения Батагайской едомы, начали накапливаться не позже 42 тыс. калибр. лет назад, а закончили формирование около 11,7 тыс. калибр. лет назад. Сопоставление детальных изотопных записей двух соседних сингенетических ледяных жил, подробно отобранных по вертикали (через 0,1-0,2 м) показало, что есть фрагменты жил, где на одних и тех же глубинах изотопные записи совпадают или очень близки. При этом выделены фрагменты жил, где на одних и тех же глубинах изотопные записи различаются по значениям δ18O более чем на 1,5‰, а по значениям δ2H более чем на 10‰, что вероятнее всего, обусловлено принадлежностью этих жил к разным полигональным системам: одна из исследованных жил принадлежит ко второй генерации и находится внутри полигона первой генерации, к которой относится вторая из исследованных жил. Более редкое растрескивание вторичной полигональной сети происходило только в наиболее суровые зимы, поэтому изотопные значения в жилах этой генерации ниже. Таким образом, в пределах "едомной" части разреза выделено две генерации ледяных жил. 8). В 2023 г представлены в журнал первого квартиля (Q1) - 3 статьи, опубликовано 3 статьи в журналах Scopus и WoS Q2-Q4 & RSCI, опубликовано 4 статьи в журнале из списка ВАК и РИНЦ, опубликованы 12 статей в виде коллекций данных, имеющих Digital Object Identifier (DOI) в системе PANGEA. | ||
| 2 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Палеоциклы углерода-азота в экосистемах бугристых и полигональных торфяников, едомы и в пластовых льдах на севере России |
| Результаты этапа: | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".