Вдох летом, выдох осенью: Можайское водохранилище оказалось неожиданным игроком в углеродном балансе

Вода в Можайском водохранилище дышит — и это дыхание напрямую зависит от того, какая погода стоит за окном. К такому выводу пришли исследователи из МГУ и Института океанологии РАН, которые в течение всего сезона открытой воды вели непрерывные наблюдения за тем, как меняется содержание кислорода и углекислого газа в толще водоёма. Их работа уникальна тем, что измерения проводились с высоким временным разрешением с помощью автоматической станции зондирования, что позволило увидеть процессы, которые раньше ускользали от внимания при редких точечных отборах проб.

Оказалось, что водоём работает как гигантский природный реактор, переключающийся между режимами поглощения и выброса парникового газа в зависимости от погоды. Летом, когда устанавливается антициклон с ясным небом и слабым ветром, вода прогревается неравномерно: поверхность нагревается до 22 градусов, а на глубине около 13 метров остаётся всего 7 градусов. Эта плотностная стратификация, как крышка, запирает придонные слои. Кислород, который не поступает из атмосферы из-за слабого перемешивания, активно расходуется на разложение органики у дна, и его содержание падает до 16% насыщения. Вместо него в гиполимнионе стремительно накапливается углекислый газ — его концентрация достигает огромных значений, до 190 мг на литр. При этом на поверхности происходит обратное: фитопланктон, пользуясь солнцем и теплом, активно фотосинтезирует, насыщая воду кислородом до 150% и выедая углекислый газ, концентрация которого у поверхности падает даже ниже, чем в чистом воздухе. В результате парциальное давление CO2 в поверхностном слое становится меньше атмосферного, и водоём начинает засасывать углекислый газ из воздуха, работая как сток. По оценкам авторов, в июне скорость такого поглощения составляла около 3,4 миллимоля на квадратный метр в сутки.

Но стоит циклону принести похолодание и усилить ветер, как вся эта летняя картина рушится. Перемешивание разрушает температурный скачок, и глубинные воды, богатые углекислотой и лишённые кислорода, поднимаются к поверхности. Теперь у поверхности парциальное давление CO2 намного выше атмосферного, и водоём начинает интенсивно выделять газ обратно. Особенно ярко это проявилось осенью, когда скорость эмиссии CO2 составила в среднем 14,2 миллимоля на квадратный метр в сутки — почти в четыре раза выше, чем летнее поглощение. Этот контраст оказался не случайным. Авторы детально проследили, как за несколько дней устойчивой стратификации в июне в столбе воды накапливалось до 30 граммов углекислого газа на квадратный метр в сутки — в основном за счёт придонных слоёв. Когда осенью эта «бомба» взрывается при перемешивании, весь накопленный за лето углерод выносится наружу. К тому же осенние циклоны приносят более сильные ветры, которые дополнительно ускоряют обмен газа.

Таким образом, Можайское водохранилище, как и многие другие димиктические водоёмы, является не просто пассивным резервуаром, а активным регулятором газового состава атмосферы, причём его роль меняется по сезонам. Исследование впервые для этого водоёма так детально показало, что короткие, но мощные эпизоды осеннего выброса могут перевешивать длительное летнее поглощение. Это важно для климатологических моделей, которые часто усредняют процессы по сезонам. Полученные данные также подчёркивают, что в условиях меняющегося климата, когда частота и интенсивность циклонов и антициклонов могут сдвигаться, баланс парниковых газов даже в умеренном поясе может претерпевать серьёзные изменения. Учёные, впрочем, признают, что их оценки пока приблизительны, и для более точных расчётов необходимы одновременные измерения концентрации CO2 непосредственно в воздухе над водоёмом. Но уже сейчас ясно: чтобы понять дыхание нашей планеты, нужно уметь слушать её внутренние воды — и делать это достаточно часто, чтобы не пропустить ни одного важного вдоха или выдоха.

Источник: Исследование, опубликованное в журнале «Вестник Московского университета. Серия 5: География»