СОДЕРЖАНИЕ И СОСТАВ АТМОСФЕРНЫХ И ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ В ПОДЗЕМНЫХ ЛЬДАХ РАЗНОГО ГЕНЕЗИСА
Authors: Бутаков Владислав Игоревич , Слагода Елена Адольфовна , Тихонравова Яна Витальевна 
Published: November 2021

Ссылка для цитирования:  Бутаков В.И., Слагода Е.А., Тихонравова Я.В.       Содержание и состав атмосферных и парниковых газов в подземных льдах разного генезиса // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2021. – Т. 332. – № 11. – С. 22-36

Актуальность. Парниковый эффект связывают с поступлением метана и углекислого газа из оттаивающих газонасыщенных льдистых пород, а их содержание в подземных льдах недостаточно изучено. Для оценки содержания газов в отложениях и льдах, объемов поступления газов в атмосферу используют разные и несопоставимые методы отбора проб газа. При обобщении данных об углеродной эмиссии в Арктической зоне необходимо учитывать методы определения содержания и состава газов и химический состав, наличие органических и минеральных включений в генетических типах подземных льдов. Цель: определить содержание и состав газов в распространенных генетических типах подземных льдов и мерзлых отложений; определить сопоставимость результатов разных методов отбора газа для оценки масштабов эмиссии парниковых газов в атмосферу на фоне протаивания мерзлоты. Объекты: подземные льды сегрегационного, термокарстово-полостного и повторно-жильного генезиса, льдистые мерзлые отложения севера Западной Сибири на о. Белый, Западном Ямале, севере Гыдана и Пур-Тазовском междуречье, собранные экспедициями ИКЗ ТюмНЦ СО РАН в 2014–2019 гг. Методы исследования и интерпретации химического состава. Использованы два метода извлечения газа из монолитов мерзлых пород и льда: метод термовакуумной дегазации и метод «headspace». Метод термовакуумной дегазации в лабораторных условиях с определением объёма газа в образце льда был использован как референтный. Состав атмосферных и парниковых газов определен методом газовой хроматографии. Проведено сравнение содержания газа во льдах и мерзлом торфе с содержанием газа в атмосфере, значениями растворимости газа в воде. Выполнен корреляционный анализ содержания газов в распространенных типах подземных льдов и мерзлом торфе. Результаты. Установлено, что газ, заключенный в подземных льдах и мерзлом торфе, по относительному содержанию азота и кислорода близок к атмосферному. В пробах выявлены большие вариации содержания метана от 4 до 1,7×104 ppmV и углекислого газа от 7 до 2,7×103 ppmV, которые связаны с различными условиями для продуцирования и накопления парниковых газов в мерзлой толще. Установлено преобладание содержаний углекислого газа над метаном в сегрегационных и повторно-жильных льдах. Максимальные концентрации метана (от 1,1×103 до 1,7×104 ppmV) обнаружены в сегрегационно-миграционных льдах бугра пучения и клиновидных льдах. Избыток метана в приповерхностных сегрегационно-миграционных льдах связан с его накоплением в оттаивавших отложениях таликов и последующим льдовыделением при промерзании в замкнутой системе. Установлены высокие содержания углекислого газа (до 1,1×103 ppmV) и метана (до 222 ppmV) в сегрегационном льду в торфе, их источником является органическое вещество, разлагающееся в переменных аэробных и анаэробных условиях под действием бактерий, поэтому торфяники являются значительным источником поступления углекислого газа в атмосферу. Проведена оценка воспроизводимости и сопоставимости методов термовакуумной дегазации и «headspace» при исследовании льдов и мерзлых отложений в разрезе торфяника в районе с. Газ-Сале. Установлено, что концентрации метана при опробовании методом «headspace» завышены в 3–70 раз по сравнению с величинами, определенными методом термовакуумной дегазации. Это обусловлено низкой растворимостью метана и преобладанием его в пузырьках, а углекислый газ и часть кислорода остаются растворены в воде и не переходят в пробу газа. Следовательно, данных о содержании газа, определенного методом «headspace», недостаточно для оценки объемов эмиссии парниковых газов, поскольку эти величины характеризуют состав нерастворенного газа. Метод термовакуумной дегазации позволяет рассчитать и оценить объемы поступления газов из оттаивающих мерзлых толщ.