Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В ходе всех запланированных работ в 2021–2022 г.г. на выбранных ключевых участках плоско- и крупнобугристых болот северной тайги южной границы распространения вечной мерзлоты проведены комплексные исследования различной степени детальности и повторности согласно плану работ: от базового отбора проб поверхностных и почвенных вод с измерением мощности сезонно-талого слоя до полного набора исследований (топографо-геодезические, гидрохимические, почвенные, геоботанические, экспериментальные), что позволило охарактеризовать особенности ландшафтно-экологических условий рассматриваемых болот. Некоторая информация о проведенных работах размещена по ссылкам: https://sever-press.ru/2022/02/07/uchenye-izuchat-kak-izmenenie-klimata-vlijaet-na-merzlye-bolota-v-janao/?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop https://www.interfax-russia.ru/siberia/news/merzlye-bolota-v-sibiri-mogut-stat-istochnikami-vybrosov-metana-uchenye-tgu https://nauka.tass.ru/nauka/13632711?utm_source=yxnews&utm_medium=desktop Вследствие наличия «теплой» несплошной мерзлоты, наиболее чувствительной к колебаниям температуры и количеству осадков, данные ландшафты отличаются повышенной динамичностью. Здесь наблюдаются сложные связи между гидрологией, микрорельефом, топологией верхней границы многолетнемерзлых пород, строением торфяной залежи, что в комплексе влияет на потоки влаги и соответственно распределение тепла и химических элементов. По результатам электронной тахеометрической и фотограмметрической съемок рельефа составлены детальные топографические карты. Установлено, что основные микроландшафты болот представлены буграми, термокарстовыми просадками и мочажинами/топями с площадями 49–30–21%, соответственно. Наиболее яркой чертой является неоднородная верхняя граница мерзлоты, за что отвечают два фактора: мощность торфа, который изолирует мерзлоту от атмосферного тепла, и наличие мигрирующей внутрипочвенной влаги, оказывающей сильное отепляющее действие. Верхняя граница мерзлоты максимально поднимается в центральной части бугров и незначительно понижается в понижениях между ними. В ходе геоботанического описания показано, в растительном покрове выделяется несколько ярусов с преобладанием тех или иных видов в зависимости от микрорельефа болот. Торфяные отложения отличаются большой пестротой и мозаичностью состава и структуры слагающих их торфов. В ходе заложения почвенных профилей установлено, что почвенный покров очень контрастен и представлен на буграх микрокомбинациями олиготрофных торфяных мерзлотных почв с торфяно-элювоземами и торфяно-подзолами. В топях распространены торфяные олиготрофные почвы (Классификация…, 2004) или Dystric Hemic Cryic Histosols (WRB, 2015). На локально повышенных участках, либо приозёрных склонах, где мощность торфа становится меньше 40-60 см, встречаются торфяно-подзолы иллювиально-гумусовые, подзолы иллювиально-гумусовые (Классификация…, 2004) или Spodic Histic Turbic Cryosols (Albic, Arenic) и Histic Turbic Cryosols (Albic, Arenic) (WRB, 2015). Установлено, что доля почв, имеющих в своём профиле мерзлый торф, составляет не более 20 % от площади ключевого участка и, следовательно, это болото с преимущественно талой частью, а мерзлота залегает глубже, в подстилающей породе. Несмотря на небольшие перепады высот, наблюдаются значительные изменения почвенных свойств. Контрастно проявляет себя содержание и распределение углерода по профилю почв и в зависимости от микрорельефа. В песчаных горизонтах может находиться до 40% и более углерода по отношению к вышележащей торфяной залежи. В олиготрофных торфяных почвах повышенных элементов микрорельефа содержание углерода (40,3–55,2%) несколько выше по сравнению с пониженными (39,8–53,7%) (p<0,05). Помимо влияния рельефа, мощности органогенной толщи и гидрологии на неоднородность почвенных свойств существенное влияние в данных условиях оказывает топология верхней границы многолетней мерзлоты. Вклад болотных микроландшафтов выражается также в разном гидрохимическом составе и свойствах болотных вод. Отмечаются различия в потоках углерода и других элементов в гидросеть, дренирующую болотные массивы. Сравнение средних значений параметров вод по всей выборке показало, что концентрации большинства элементов примерно равны или выше в 1,5–2 на буграх. Отличия прежде всего связаны как с временем пребывания воды в микроландшафтах, так и с особенностями режимов промерзания, снегонакопления и снеготаяния. Кроме того на буграх залегает в 2–10 раз более плотный торф, с меньшей в 2–5 раза водоотдачей, и в десятки раз с более низкими коэффициентами фильтрации. Биомасса растений выше на буграх, что также оказывает некоторое влияние, связанное с выщелачиванием большего количества углерода. Всё это способствует затруднительному перемещению болотных вод, увеличению времени пребывания растворенных веществ в этих элементах микроландшафтов. Помимо этого, в мочажине, топях условия сезонного прогрева способствуют большему накоплению тепла и является важным фактором, определяющим водно-тепловые условия и, соответственно, течение биогеохимических процессов, включая динамику органического вещества торфов. По данным температурных наблюдений почвенных профилей ключевых участков были построены температурные хроноизоплеты, рассчитаны среднегодовые температуры, суммы положительных и отрицательных температур, что позволило сравнить скорость и характер промерзания/оттаивания почв разных элементов микрорельефа плоско- и крупнобугристых болот. Данные за четырехлетний период в совокупности с данными по влажности почвы, количеству осадков и температуре воздуха наглядно показывают различия в температурных режимах почв мерзлых бугров и топей, изменения деятельного слоя и нулевой завесы за период измерений. Основная толща многолетней мерзлоты имеет относительно стабильную температуру и колеблется в среднем от -0.3° до -0.6°. Верхняя часть профиля бугра промерзает в середине октября, в просадке же отрицательные температуры отмечаются на несколько дней позже. Обводненные ландшафты гораздо более медленно замерзают, на протяжении всей зимы имеют области нулевой завесы и быстрее оттаивают. Такая разница температурных режимов связана с различиями в гидрологических условиях этих ландшафтов, а так же со способностью топей, ввиду более низкого расположения по рельефу, накапливать более мощную снеговую подушку, защищающую почву от промерзания. Ввиду различных перепадов высот и расчлененности рельефа на исследуемой территории болот развивается сложная сеть стока. Болотные воды с мерзлых бугров по поверхности мерзлоты стекают в просадки, откуда попадают в мочажины, а далее в ручьи и реки. Зачастую невозможно определить направление стока, поэтому в дополнение к топографической съемке для расширения представлений о процессе движения водного раствора, времени нахождения в зависимости от пространственной неоднородности участков был проведен предварительный полевой эксперимент/отработка методики по внесению солевого трассера на разных элементах микрорельефа плоско- и крупнобугристых болот. Анализ результатов полученных в этом полевом сезоне на плоскобугристых болотах показал, что скорость перемещения воды, протекает интенсивнее в проточной топи. На буграх скорость диффузии/переноса солей меньше, чем в топях и мочажинах, что указывает на существенно более длительное время пребывания в них воды и следует, что доминирующая роль в определении состава малых рек отводится топям.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
За период реализации второго этапа работ по проекту были продолжены исследования по изучению особенностей распространения мерзлоты, выявлению микроклиматических особенностей различных ландшафтов с помощью термических показателей, а также закономерностей изменения химического состава почвенных и поверхностных вод и путей их перемещения в зависимости от пространственной дифференциации элементарных болотных ландшафтов и неоднородности микрорельефа внутри них. В рамках полевых работ исследования проводились в северной тайге зоны прерывистого распространения многолетнемерзлых пород (Ямало-Ненецкий автономный округ, окрестности пос. Ханымей). Для выявления особенностей современных микроклиматических условий, оценки отклика болотных ландшафтов на межгодовые и сезонные изменения температуры воздуха в пределах выбранных ранее ключевых участков были продолжены работы, связанные с проведением термометрических наблюдений, снегомерной съемки, измерением количества осадков, солнечной радиации. Дополнены ряды данных для сезона 2022-2023 гг., что отразилось в полученном графическом материале при построении температурных хроноизоплет и интерпретации итоговых результатов. Помимо этого, получены новые данные (проведены расчеты, построены профильные графики) по температурному режиму почв котловины дренированного термокарстового озёра (молодой хасырей), а также приозерной мочажины на плоскобугристом болоте. Для изучения распределения снежного покрова на данной территории и определения запасов снега была проведены снегомерная съемка трех участков в зимнее-весенний период. Термический режим почв молодого хасырея существенно более благоприятный, чем у почв болотных ландшафтов, что связано как с большей мощностью снега, который задерживается на высокой осоке, формируя эффективнейшую теплоизоляционную подушку, так и отсутствием торфа. В целом достаточная заозеренность района исследований способствует сильному отеплению почв топей, которые принимают воду, вытекающую из озёр. В случае отсутствия озёр термические режимы были бы менее благоприятными и, следовательно, площадь мерзлотных почв была бы больше. На основании геоботанического описания участков, а также классификационной и морфогенетической диагностики почв составлены карта-схемы плоско- и крупнобугристых болот с характеристикой растительности, почв и сезонно-талого слоя. Почвенный покров очень контрастен и представлен на буграх микрокомбинациями олиготрофных торфяных мерзлотных почв с торфяно-элювоземами и торфяно-подзолами. Как правило, на буграх распространены торфяные олиготрофные мерзлотные (Histosols), а на локально повышенных участках, либо приозёрных склонам, где мощность торфа становится меньше встречаются торфяно-подзолы иллювиально-гумусовые, подзолы иллювиально-гумусовые (Histic Turbic Cryosols (Albic, Arenic), Histic Turbic Albic (Gleyic) Podzols). В молодых хасыреях формируются аллювиальные озерные глеевые почвы, которые периодически затапливаются, а также развиваются пелоземы (Fluvisols) на пылеватых оглеенных озерных отложениях в комплексе с аллювиальными озерными пылевато-торфяными мерзлотными почвам. Завершен анализ отобранных почвенных образцов (45 проб) на содержание органического углерода, а также макро- и микроэлементного состава с использование методов каталитического окисления (Thermo Flash 2000 NS Soils) и ICP-MS (7500ce, Agilent Technologies), соответственно. Максимальных величины запасов углерода наблюдаются в транзитных просадках между буграми, по которым осуществляется сброс воды. Почвы характеризуются неодинаковым накоплением и распределением макро- и микроэлементов (Ca, P, K, Mg, Na, Fe, Al, Sr, Mn, Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb, As, Sb и другие), которые варьируют по глубине профиля и в зависимости от положения почв по отношению к элементам микрорельефа. Выявлен вклад различных элементов болотных ландшафтов в поток углерода и ряда элементов через изучение состава почвенных/поверхностных вод и закономерностей их движения и трансформации по мере продвижения по линии тока. Установлены закономерности изменения величин pH, содержания растворенного органического углерода, электропроводности, макро- и микроэлементов по мере движения воды по гидрологическому пути от бугров до более проточных топей. Отобрано 16 проб болотной/почвенной воды на крупнобугристых болотах в дополнение к имеющимся 40 образцам для анализов растворенного органического углерода (SHIMADZU TOC-VCSN), элементного состава (7500ce, Agilent Technologies) и спектров поглощения (Varian, Cary 50 Scan UV-Visible), которые были завершены в отчетный период. Показало, что концентрации большинства элементов в водах примерно равны или выше в 1,5–2 на буграх, при этом по содержанию РОУ, рН и электропроводности профиль почв мочажин контрастен более чем в два раза. В ходе движения по гидрологическому пути также происходит деградации РОУ на что указали эксперименты по био- и фотодеструкции. Почвенные воды, расположенные в начале пути, содержат быстро обрабатываемый РОУ, в то время как озерные и речные воды, содержат медленно обрабатываемый РОУ. Полученные отличия, прежде всего, связаны как со временем пребывания воды в разных элементах болотного микрорельефа, так и с особенностями режимов промерзания, снегонакопления и снеготаяния. Кроме того на буграх залегает более плотный торф, с меньшей водоотдачей, и в десятки раз более низкими коэффициентами фильтрации. Данный факт также подтвердили опыты с солевой меткой, показавшие, что скорость перемещения воды протекает интенсивнее в топях, особенно в проточных и по поверхности. На буграх скорость диффузии/переноса солей меньше и интенсивнее протекает в глубине профиля над слоем мерзлоты. Данная тенденция наблюдается как для крупно-, так и для плоскобугристых болот. Соответственно на буграх существенно более длительное время пребывания воды и следует, что доминирующая роль в определении состава озер и малых рек отводится топям.