resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2023-28-1-68-77resar-9Research ArticleНауки о Земле. Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведениеEarth sciences. Engineering geology, permafrost and soil scienceСодержание различных форм углерода в покровных отложениях ледового комплекса Центральной ЯкутииThe content of various carbon forms in the cover sediments of the ice complex in Central Yakutiahttps://orcid.org/0000-0002-4638-4770ЧерепановаА. М.CherepanovaA. M.

ЧЕРЕПАНОВА Александра Михайловна, младший научный сотрудник

г. Якутск

CHEREPANOVA, Alexandra Mikhaylovna, Junior Researcher

Yakutsk

Researcher ID M-7299-2016

alexandra_587@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8836-2123ШепелевА. Г.ShepelevA. G.

ШЕПЕЛЕВ Андрей Геннадиевич, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник

г. Якутск

Researcher ID M-7299-2016

SHEPELEV, Andrei Gennadievich, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

Yakutsk

Researcher ID M-7299-2016

carbon-shag@yandex.ruИнститут мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАНРоссияMelnikov Permafrost Institute, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2023040420232816877Copyright © Черепанова А.М., Шепелев А.Г., 20232023Черепанова А.М., Шепелев А.Г.Cherepanova A.M., Shepelev A.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/9

Проанализировано содержание органического, неорганического и общего углерода в Центральной Якутии. В качестве объектов выбраны схожие по климатическим характеристикам местности Диринг-Атах в Чурапчинском районе и Сырдах в Усть-Алданском районе. Показано снижение содержания углерода в зависимости от глубины разреза, что обусловлено его наибольшим накоплением в верхнем органо-аккумулятивном горизонте. Установлено, что содержания различных форм углерода на исследуемых участках существенно различаются. Минимальное (0,22 % Сорг) и максимальное (4,81 % Сорг) содержания органического углерода прослеживаются в деятельном слое участка Сырдах. При этом в сезонно-талых слоях исследованных ледовых комплексов зарегистрировано сосредоточение как органического, так и неорганического углерода с выраженным равномерным распределением по профилю и пиковым увеличением в многолетнемерзлых породах на участке Сырдах. Полученные результаты свидетельствуют о вариативности содержания углерода, обусловленной климатическими и геокриологическими условиями исследуемого региона. Природные особенности способствуют дезинтеграции углерода в отложениях ледового комплекса при систематическом оттаивании и промерзании последнего, перемещении по профилю растворенных органических соединений и морозном выветривании. Соотношение органического и неорганического углерода в мерзлотных почвах является индикатором для оперативной оценки состояния и потоков органического вещества почв в условиях меняющегося климата.

This study aimed to analyze the organic, inorganic, and total carbon contents in Central Yakutia. We selected two sites with similar climatic features: Diring-Atakh (Churapchinsky region) and Syrdakh (Ust-Aldan region). The analysis showed that the decreasing dynamics of carbon stocks was attributive to their depth. The maximum accumulation of carbon was observed in the upper humus-accumulation horizon. We found that the minimum organic carbon content (0.22 % OC) and its maximum content (4.81 % OC) were tracked in the active layer at the Syrdakh site. However, the concentrations of both organic and inorganic carbon in the seasonally thawed layers were marked with a uniform distribution down the profile and a peak increase in permafrost at the Syrdakh site. The obtained results indicate variability in the carbon content typical of the region. The climatic and geological characteristics of the region contribute to the disintegration of carbon in the sediments of the ice complex during systematic thawing and freezing, movement along the profile of dissolved organic compounds, and frost weathering. The ratio of organic and inorganic carbon in permafrost soils is an indicator for rapid assessment of the state and flow of soil organic matter in a changing climate.

органический углероднеорганический углеродобщий углеродмноголетняя мерзлотаorganic carboninorganic carbontotal carbonpermafrostРабота выполнена в рамках базовых проектов «Криогенные процессы и формирование природных рисков освоения мерзлотных ландшафтов Восточной Сибири» (№ АААА-А20-120111690009-6), «Строение и ключевые этапы эволюции континентальной криолитозоны в неоплейстоцене и голоцене» (№ АААА-А20-120122290035-5) при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и РНФ (проект № 21-55-75004_БФ).This study is carried out within the basic project “Structure and key stages of the evolution of continental cryolithozone in the Neopleistocene and Holocene” (number АААА-А20-120122290035-5), “Cryogenic processes and natural risks formation due to the development of permafrost landscapes in Eastern Siberia” (АААА-А20- 120111690009-6) supported by the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation; and Russian Foundation for Basic Research (project number 21-55-75004_BF).ReferencesDesyatkin R.V., Desyatkin A.R. Temperature regime of solonetzic meadow-chernozemic permafrostaffected soil in a long-term cycle. Eurasian Soil Science. 2017;50(11):1344–1354. https://doi.org/10.1134/S1064229317090022.Desyatkin R.V., Desyatkin A.R. Temperature regime of solonetzic meadow-chernozemic permafrostaffected soil in a long-term cycle. Eurasian Soil Science. 2017;50(11):1344–1354. https://doi.org/10.1134/S1064229317090022.Десяткин Р.В., Десяткин А.Р. Влияние увеличения глубины деятельного слоя почвы на изменение водного баланса в криолитозоне. Почвоведение. 2019;(11): 1393–1402. https://doi.org/10.1134/S0032180X19110030.Desyatkin R.V., Desyatkin A.R. Influence of increasing the active layer depth ofon the change of water balance in cryolithozone. Soil science. 2019;(11):1393–1402. https://doi.org/10.1134/S0032180X19110030. (In Russ.)Суховеева О.Э., Золотухин А.Н., Карелин Д.В. Климатообусловленные изменения запасов органического углерода в пахотных черноземах Курской области. Аридные экосистемы. 2020;26(2) (83):72–79. https://doi.org/10.24411/1993-3916-2020-10098Sukhoveeva O.E., Zolotukhin A.N., Karelin D.V. Climate-conditioned changes of organic carbon reserves in arable black earth of the Kursk region. Arid ecosystems. 2020;26(2)(83):72–79. (In Russ.) https://doi.org/10.24411/1993-3916-2020-10098Десяткин Р.В. Изменение климата и динамика мерзлотных экосистем центра материковой криолитозоны Cеверного полушария. Вестник Российской академии наук. 2018;88(12):1113–1121. https://doi.org/10.31857/S086958730003190-7Desyatkin R.V. Climate change and dynamics of frozen ecosystems of the Northern hemisphere center of continental cryolithozone. Bulletin of the Russian Academy of Sciences. 2018;88(12):1113–1121. (In Russ.). https://doi.org/10.31857/S086958730003190-7]Heimann M., Reichstein M. Terrestrial ecosystem carbon dynamics and climate feedbacks. Nature. 2008; 451:289–292. https://doi.org/10.1038/nature06591Heimann M., Reichstein M. Terrestrial ecosystem carbon dynamics and climate feedbacks. Nature. 2008; 451:289–292. https://doi.org/10.1038/nature06591Васильев А.А., Никитин К.А., Стрелецкая И.Д., Облогов Г.Е., Задорожная Н.А. Современные тренды эволюции криолитозоны Российской Арктики при климатических изменениях. Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. 2019;(6):16–20. https://doi:10.24411/2687-1092-2019-10603Vasilyev A.A., Nikitin K.A., Streletskaya I.D., Oblogov G.E., Zadorozhnaya N.A. Modern trends in the evolution of cryolithozone of the Russian Arctic under the climate changes. Relief and quaternary formations of the Arctic, Subarctic and Northwest of Russia. 2019;(6): 16–20. (In Russ.). https://doi:10.24411/2687-1092-2019-10603]de Vrese P., Brovkin V. Timescales of the permafrost carbon cycle and legacy effects of temperature overshoot scenarios. Nat. Commun. 2021;(12):2688 https://doi.org/10.1038/s41467-021-23010-5de Vrese P., Brovkin V. Timescales of the permafrost carbon cycle and legacy effects of temperature overshoot scenarios. Nat. Commun. 2021;(12):2688 https:// doi.org/10.1038/s41467-021-23010-5Снакин В.В. Глобальные изменения климата: прогнозы и реальность. Жизнь Земли. 2019;41(2):148–164.Snakin V.V. Global Climate Change: Forecasts and Reality. Earth Life. 2019;41(2):148–164. (In Russ.)Ding, Yongjian & Mu, Cuicui & Wu, Tonghua & Hu, Guojie & Zou, Defu & Wang, Dong & Li, Wangping & Wu, Xiaodong. Increasing cryospheric hazards in a warming climate. Earth-Science Reviews. 2021;(213): 200. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103500Ding, Yongjian & Mu, Cuicui & Wu, Tonghua & Hu, Guojie & Zou, Defu & Wang, Dong & Li, Wangping & Wu, Xiaodong. Increasing cryospheric hazards in a warming climate. Earth-Science Reviews. 2021;(213): 200. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103500Desyatkin A.R., Iwasaki S., Desyatkin R.V., Hatano R. Changes of soil C stock under establishment and abandonment of arable lands in permafrost area – Central Yakutia. Atmosphere. 2018;308(9):2–14.Desyatkin A.R., Iwasaki S., Desyatkin R.V., Hatano R. Changes of soil C stock under establishment and abandonment of arable lands in permafrost area – Central Yakutia. Atmosphere. 2018;308(9):2–14.Максимов Т. Х. Круговорот углерода в лиственничных лесах якутского сектора криолитозоны: Дис. ... докт. биол. наук. Красноярск. 2007. 303 с.Maksimov T. Kh. Carbon сycle in the larch forests in Yakutia: Diss. ... Doct. Sci, Krasnoyarsk. 2007. 303 p. (In Russ.)Десяткин А.Р., Филиппов Н.В., Федоров П.П., Ивасаки Ш. Скорость накопления углерода пахотного горизонта заброшенных пашен в условиях Центральной Якутии. Успехи современного естествознания. 2018;(6):26–31.Desyatkin A.R., Filippov N.V., Fedorov P.P., Ivasaki Sh. The rate of carbon storage of the arable horizon in the conditions of Central Yakutia. Advances in Current Natural Sciences. 2018;(6):26–31. (In Russ.)Tarnocai C., Canadell J.G., Schuur E.A.G., Kuhry P., Mazhitova G., Zimov S. Soil organic carbon pools in the northern circumpolar permafrost region. Global Biogeochem. Cycles. 2009;23(2):20–23. https://doi.org/10.1029/2008GB003327Tarnocai C., Canadell J.G., Schuur E.A.G., Kuhry P., Mazhitova G., Zimov S. Soil organic carbon pools in the northern circumpolar permafrost region. Global Biogeochem. Cycles. 2009;23(2):20–23. https://doi.org/10.1029/2008GB003327География Сибири в начале XXI века: Восточная Сибирь. Отв. ред. Корытный Л.М., Тулохонов А.К. Новосибирск: Гео; 2016. Т. 6. 396 c.Geography of Siberia in the beginning of the 21st century: Eastern Siberia. Ed. Korytnyi L.M., Tulokhonov A.K. Novosibirsk: Geo; 2016. V. 6. 396 p. (In Russ.)Shepelev A.G., Kizyakov A., Wetterich S., Cherepanova A., Fedorov A., Syromyatnikov I., Savvinov G. Sub-surface carbon Stocks in northern taiga landscapes exposed in the Batagay Megaslump, Yana Upland, Yakutia. Land. 2020;9(9)305:1–16. https://doi.org/10.3390/land9090305.Shepelev A.G., Kizyakov A., Wetterich S., Cherepanova A., Fedorov A., Syromyatnikov I., Savvinov G. Sub-surface carbon Stocks in northern taiga landscapes exposed in the Batagay Megaslump, Yana Upland, Yakutia. Land. 2020;9(9)305:1–16. https://doi.org/10.3390/land9090305.Lindgren A., Hugelius G., Kuhry P. Extensive loss of past permafrost carbon but a net accumulation into present-day soils. Nature. 2018;560:219–222. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0371-0.Lindgren A., Hugelius G., Kuhry P. Extensive loss of past permafrost carbon but a net accumulation into present-day soils. Nature. 2018;560:219–222. https:// doi.org/10.1038/s41586-018-0371-0.Sayedi S.S., Abbott B.W., Thornton B.F., Frederick J.M., Vonk J.E., Overduin P., Schädel C., Schuur E.A.G., Bourbonnais A., Demidov N., Gavrilov A., He S., Hugelius G., Jakobsson M., Jones M.C., Joung D.J., Kraev G., Macdonald R.W., David McGuire A., Frei R.J. Subsea permafrost carbon stocks and climate change sensitivity estimated by expert assessment. Environmental Research Letters. 2020;15(12).124075: 200. https://doi.org/10.1088/1748-9326/abcc29Sayedi S.S., Abbott B.W., Thornton B.F., Frederick J.M., Vonk J.E., Overduin P., Schädel C., Schuur E.A.G., Bourbonnais A., Demidov N., Gavrilov A., He S., Hugelius G., Jakobsson M., Jones M.C., Joung D.J., Kraev G., Macdonald R.W., David McGuire A., Frei R.J. Subsea permafrost carbon stocks and climate change sensitivity estimated by expert assessment. Environmental Research Letters. 2020;15(12).124075: 200. https://doi.org/10.1088/1748-9326/abcc29Randers J., Goluke U. An earth system model shows self-sustained thawing of permafrost even if all man-made GHG emissions stop in 2020. Sci. Rep. 2020; 10:18456. https://doi.org/10.1038/s41598-020-75481-zRanders J., Goluke U. An earth system model shows self-sustained thawing of permafrost even if all man-made GHG emissions stop in 2020. Sci. Rep. 2020; 10:18456. https://doi.org/10.1038/s41598-020-75481-zVarney R.M., Chadbur S.E., Friedlingstein P. et al. A spatial emergent constraint on the sensitivity of soil carbon turnover to global warming. Nat. Commun. 2020; 11:5544. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19208-8Varney R.M., Chadbur S.E., Friedlingstein P. et al. A spatial emergent constraint on the sensitivity of soil carbon turnover to global warming. Nat. Commun. 2020; 11:5544. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19208-8Ozaki K., Reinhard C.T. The future lifespan of Earth’s oxygenated atmosphere. Nat. Geosci. 2021;14: 138–142. https://doi.org/10.1038/s41561-021-00693-5.Ozaki K., Reinhard C.T. The future lifespan of Earth’s oxygenated atmosphere. Nat. Geosci. 2021;14: 138–142. https://doi.org/10.1038/s41561-021-00693-5.de Vrese P., Brovkin V. Timescales of the permafrost carbon cycle and legacy effects of temperature overshoot scenarios. Nat. Commun. 2021;12:2688. https://doi.org/10.1038/s41467-021-23010-5de Vrese P., Brovkin V. Timescales of the permafrost carbon cycle and legacy effects of temperature overshoot scenarios. Nat. Commun. 2021;12:2688. https:// doi.org/10.1038/s41467-021-23010-5

The authors declare that there are no conflicts of interest present.