Vol. 36, issue 12, article # 7

Abstract:

One of the possible sources of carbon dioxide entering the atmosphere may be river ecosystems. The paper presents the results of measuring CO₂ fluxes from the surface of a number of rivers and lakes in the Tomsk region. It is shown that during the period of experiments the average carbon dioxide flows for the Ob River were 143.7 ± 21.7 (August 13–14, 2023), 53.3 ± 21.2 (August 19), and 80.4 ± 59.9 mgC × m^-2 × hour^-1 (August 20), respectively. On the river Ket: 66.1 ± 17.3, on the swamp lake Karasevoye 33.3 ± 17.3, on the Suiga River 50.2 ± 23.0, and the Iksa River 81.9 ± 11.5 mgC × m^-2 × hour^-1. Their magnitudes depended significantly not only on the object of study, but also on hydrometeorological conditions.

Keywords:

atmosphere, air, flux, river, carbon dioxide, emission

References:

1. Tollefson J. Earth’s hottest month: These charts show what happened in July and what comes next // Nature. 2023. V. 620, N 7975. P. 703–704.
2. IPCC: Summary for Policymakers // Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, 2021. P. 1–41.
3. Ramonet M., Ciais Ph., Sha M.K., Steinbacher M., Sweeney C. CO₂ in the atmosphere: Growth and trends since 1850 // Oxford Research Encyclopedias of Climate Science. England: Oxford University Press, 2023. 44 p.
4. Friedlingstein P., O’Sullivan M., Jones M.W., Andrew R.M., Gregor L., Hauck J., Le Quéré C., Luijkx I.T., Olsen A., Peters G.P., Peters W., Pongratz J., Schwingshackl C., Sitch S., Canadell J.G., Ciais Ph., Jackson R.B., Alin S.R., Alkama R., Arneth A., Arora V.K., Bates N.R., Becker M., Bellouin N., Bittig H.C., Bopp L., Chevallier F., Chini L.P., Cronin M., Evans W., Falk S., Feely R.A., Gasser T., Gehlen M., Gkritzalis T., Gloege L., Grassi G., Gruber N., Gürses O., Harris I., Hefner M., Houghton R.A., Hurtt G.C., Iida Y., Ilyina T., Jain A.K., Jersild A., Kadono K., Kato E., Kennedy D., Goldewijk K.K., Knauer J., Korsbakken J.I., Landschützer P., Lefèvre N., Lindsay K., Liu J., Liu Z., Marland G., Mayot N., McGrath M.J., Metzl N., Monacci N.M., Munro D.R., Nakaoka S.-I., Niwa Y., O’Brien K., Ono T., Palmer P.I., Pan N., Pierrot D., Pocock K., Poulter B., Resplandy L., Robertson E., Rödenbeck Ch., Rodriguez C., Rosan T.M., Schwin­ger J., Séférian R., Shutler J.D., Skjelvan I., Steinhoff T., Sun Q., Sutton A.J., Sweeney C., Takao S., Tanhua T., Tans P.P., Tian X., Tian H., Tilbrook B., Tsujino H., Tubiello F., van der Werf G.R., Walker A.P., Wanninkhof R., Whitehead C., Wranne A.W., Wright R., Yuan W., Yue C., Yue X., Zaehle S., Zeng J., Zheng B. Global carbon budget 2022 // Earth Syst. Sci. Data. 2022. V. 14, N 11. P. 4811–4900.
5. Regnier P., Resplandy L., Najjar R.G., Ciais Ph. The land-to-ocean loops of the global carbon cycle // Nature. 2022. V. 603, N 7901. P. 401–410.
6. Battin T.J., Lauerwald R., Bernhardt E.S., Bertuzzo E., Gener L.G., Hall Jr R.O., Hotchkiss E.R., Maavara T., Pavelsky T.M., Ran L., Raymond P., Rosentreter J.A., Regnier P. River ecosystem metabolism and carbon biogeochemistry in a changing world // Nature. 2023. V. 613, N 7944. P. 449–459.
7. Liu S., Kuhn C., Amatullia G., Aho K., Butman D.E., Allen G.H., Ling P., Pan M., Yamazaki D., Brinkerhoff C., Gleason C., Xia X., Raymond P.A. The importance of hydrology in routing terrestrial carbon to the atmosphere via global streams and rivers // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 2022. V. 119, N 11. P. e2106322119.
8. Raymond P.A., Hartmann J., Lauerwald R., Sobek S., McDonald C., Hoover M., Butman D., Striegl R., Mayorga E., Humborg Ch., Kortelainen P., Hans Durr H., Meybeck M., Ciais Ph., Guth P. Global carbon dioxide emissions from inland waters // Nature. 2013. V 503, N 7476. P. 355–359.
9. Nakayama T. Development of an advanced eco-hydrologic and biogeochemical coupling model aimed at clarifying the missing role of inland water in the global biogeochemical cycle // J. Geophys. Res.: Biogeosci. 2017. V. 122, N 4. P. 966–988.
10. Nakayama T. Scaled-dependence and seasonal variations of carbon cycle through development of an advanced eco-hydrologic and biogeochemical coupling model // Ecol. Model. 2017. V. 356, N 7. P. 151–161.
11. Leith F.I., Dinsmore K.J., Wallin M.B., Billett M.F., Heal K.V., Laudon H., Öquist M.G., Bishop K. Carbon dioxide transport across the hillslope-riparian-stream continuum in a boreal headwater catchment // Biogeosci. 2015. V. 12, N 6. P. 1881–1892.
12. Rocher-Ros G., Harms T.K., Sponseller R.A., Väisänen M., Mörth C.-M., Giesler R. Metabolism overrides photo-oxidation in CO₂ dynamics of Arctic permafrost streams // Limnol. Oceanogr. 2021. V. 66, N 51. P. 169–181.
13. Bretz K.A., Jackson A.R., Rahman S., Monroe J.M., Hotchkiss E.R. Integrating ecosystem patch contributions to stream corridor carbon dioxide and methane fluxes // J. Geophys. Res.: Biogeosci. 2021. V. 126, N 9. P. e2021JG006313.
14. Pearce N.J.T., Dyczko J.M., Xenopoulos M.A. Carbon and nutrients regulate greenhouse gas fluxes from oxic stream sediments // Biogeochem. 2022. V. 160, N 2. P. 1–13.
15. Leng P., Li Z., Zhang Q., Li F., Koschorreck M. Fluvial CO₂ and CH₄ in a lowland agriculturally impacted river network: Importance of local and longitudinal controls // Environ. Pollut. 2022. V. 303. P. 119125.
16. Gómez-Gener L., Rocher-Ros G., Battin T., Cohen M.J., Dalmagro H.J., Dinsmore K.J., Drake T.W., Duvert C., Enrich-Prast A., Horgby Å., Johnson M.S., Kirk L., Machado-Silva F., Marzolf N.S., McDowell M.J., McDowell W.H. Miettinen H., Ojala A.K., Peter H., Pumpanen J., Ran L., Riveros-Iregui D.A., Santos I.R., Six J., Stanley E.H., Wallin M.B., White S.A., Sponseller R.A. Global carbon dioxideefflux from rivers enhanced by high nocturnal emissions // Nat. Geosci. 2021. V. 14. P. 289–294.
17. Pokrovsky O.S., Manasypov R.M., Kopysov S.G., Krickov I.V., Shirokova L.S., Loiko S.V., Lim A.G., Kolesnichenko L.G., Vorobyev S.N., Kirpotin S.N. Impact of permafrost thaw and climate warming on riverine export fluxes of carbon, nutrients and metals in Western Siberia // Water (MDPI). 2020. V. 12. P. 1817.
18. Vorobyev S.N., Pokrovsky O.S., Kolesnichenko L.G., Manasypov R.M., Shirokova L.S., Karlsson J., Kirpotin S.N. Biogeochemistry of dissolved carbon, major, and trace elements during spring flood periods on the Ob River // Hydrol. Proc. 2019. V. 33. P. 1579–1594.
19. Krickov I.V., Serikova S., Pokrovsky O.S., Vorobyev S.N., Lim A.G., Siewert M.B., Karlsson J. Sizable carbon emission from the floodplain of Ob River // Ecol. Indic. 2021. V. 131. P. 108164.
29. Castro-Morales K., Canning A., Körtzinger A., Göckede M., Küsel K., Overholt W.A., Wichard T., Redlich S., Arzberger S., Kolle O., Zimov N. Effects of reversal of water flow in an Arctic floodplain river on fluvial emissions of CO₂ and CH₄ // J. Geophys. Res.: Biogeosci. 2022. V. 127, N 1. P. e2021JG006485.
21. Glagolev M.V. Annotirovannyj spisok literaturnyh istochnikov po rezul'tatam izmerenij potokov СН₄ i СО₂ iz bolot Rossii // Dinamika okruzhayushchej sredy i global'nye izmeneniya klimata. 2010. V. 1, N 2. P. 5–57.
22. Alferov A.M., Blinov V.G., Gitarskij M.L., Grabar V.A., Zamolodchikov D.G., Zinchenko A.V., Ivanova N.P., Ivahov V.M., Karabanyu R.T., Karelin D.V., Kalyuzhnyj I.L., Kashin F.V., Konyushkov D.E., Korotkov V.N., Krovotyntsev V.A., Lavrov S.A., Marunich A.S., Paramonova N.N., Romanovskaya A.A., Trunov A.A., Shilkin A.V. Yuzbekov A.K. Monitoring potokov parnikovyh gazov v prirodnyh ekosistemah. Saratov: Amirit, 2017. 279 p.
23. Smagin A.V., Glagolev M.V., Suvorov G.G., Shnyrev N.A. Metody issledovaniya potokov gazov i sostava pochvennogo vozduha v polevyh usloviyah s ispol'zovaniem portativnogo gazoanalizatora PGA-7 // Vestn. MGU. Ser. Pochvovedenie. 2003. N 3. P. 29–36.
24. Glagolev M.V. K metodu «obratnoj zadachi» dlya opredeleniya poverhnostnoj plotnosti potoka gaza iz pochvy // Dinamika okruzhayushchej sredy i global'nye izmeneniya klimata. 2010. V. 1, N 1. P. 17–36.
25. Pavelka P., Acosta M., Kiese R., Altimir N., Brümmer C., CrillP., Darenova E., Fuß R., Gielen B., Graf A., Klemedtsson L., Lohila A., Longdoz B., Lindroth A., Nilsson M., Jiménez S.M., Merbold L., Montagnani L., Peichl M., Mari Pihlatie M., Pumpanen J., Ortiz P.S., Silvennoinen H., Skiba U., Vestin P., Weslien P., Janous D., Kutsch W. Standardisation of chamber technique for CO₂, N₂O, and CH₄ fluxes measurements from terrestrial ecosystems // Int. Agrophys. 2018. V. 32, N 12. P. 569–587.
26. Riederer M., Serafimovich A., Foken T. Net ecosystem CO₂ exchange measurements by the closed chamber method and the eddy covariance technique and their dependence on atmospheric conditions // Atmos. Meas. Tech. 2014. V. 7, N 4. P. 1057–1064.
27. Maier M., Weber T.K.D., Fiedler J., Fuß R., Glatzel S., Huth V., Jordan S., Jurasinski G., Kutzbach L., Schäfer K., Weymann D., Hagemann U. Introduction of a guideline for measurements of greenhouse gas fluxes from soils using non-steady-state chambers // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2022. V. 185, N 4. P. 447–461.
28. Lim A.G., Krickov I.V., Vorobyev S.N., Korets M.A., Kopysov S., Shirokova L.S., Karlsson J., Pokrovsky O.S. Carbon emission and export from the Ket River, Western Siberia // Biogeosci. 2022. V. 19, N 24. P. 5859–5877.
29. Krickov I.V., Lim A.G., Shirokova L.S., Korets M.A., Karlsson J., Pokrovsky O.S. Environmental controllers for carbon emission and concentration patterns in Siberian rivers during different seasons // Sci. Total Environ. 2023. V. 859. P. 160202.
30. Kutzbach L., Wille C., Pfeiffer E.-M. The exchange of carbon dioxide between wet arctic tundra and the atmosphere at the Lena River delta, Northern Siberia // Biogeosci. 2007. V. 4, N 5. P. 869–890.
31. Panchenko M.V., Domysheva V.M., Pestunov D.A., Sakirko M.V., Zavoruev V.V., Novitskij A.L. Eksperimental'nye issledovaniya protsessov gazoobmena СО₂ v sisteme «atmosfera – vodnaya poverhnost'» oz. Bajkal (postanovka eksperimenta) // Optika atmosf. i okeana. 2007. V. 20, N 5. P. 448–452.
32. Domysheva V.M., Sakirko M.V., Pestunov D.A., Panchenko M.V. Sezonnyj hod protsessa gazoobmena СО₂ v sisteme «atmosfera – voda» v litorali Yuzhnogo Bajkala. 2. Gidrologicheskoe leto // Optika atmosf. i okeana. 2011. V. 24, N 9. P. 737–742; Domysheva V.M., Sakirko M.V., Pestunov D.A., Panchenko M.V. Seasonal behavior of the CO₂ gas exchange process in the “atmosphere – water” system of littoral zone of Southern Baikal. 2. Hydrological summer // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 2. P. 163–169.
33. Domysheva V.M., Sakirko M.V., Pestunov D.A., Panchenko M.V. Sezonnyj hod protsessa gazoobmena СО₂ v sisteme «atmosfera – voda» v litorali Yuzhnogo Bajkala. 3. Osen' // Optika atmosf. i okeana. 2012. V. 25, N 9. P. 826–832; Domysheva V.M., Sakirko M.V., Pestunov D.A., Panchenko M.V. Seasonal behavior of the CO₂ gas exchange process in the “atmosphere – water” system of littoral zone of Southern Baikal. 3. Autumn // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 3. P. 252–258.
34. Domysheva V.M., Pestunov D.A., Sakirko M.V., Shamrin A.M., Panchenko M.V. K otsenke byudzheta potokov uglekislogo gaza v sisteme «atmosfera – voda» v litorali Yuzhnogo Bajkala s primeneniem metoda plavayushchih kamer // Optika atmosf. i okeana. 2015. V. 28, N 6. P. 552–560; Domysheva V.M., Pestunov D.A., Sakirko M.V., Shamrin A.M., Panchenko M.V. Estimation of CO₂ fluxes in the “atmosphere – water” system in the South Lake Baikal littoral with the floating chamber method // Atmos. Ocean. Opt. 2015. V. 28, N 6. P. 543–550.
35. Pestunov D.A., Domysheva V.M., Ivanov V.G., Shamrin A.M., Panchenko M.V. Prostranstvennoe raspredelenie napravleniya potokov СО₂ i СН₄ po akvatorii ozera Bajkal (krugobajkal'skaya ekspeditsiya, june 2013 year) // Optika atmosf. i okeana. 2015. V. 28, N 9. P. 792–799.