Роль микрочастиц органического углерода в деградации ледникового покрова полярных регионов Земли и в формировании почвоподобных тел: 2021 этап 2

Project: Grant fulfilmentGrant stage fulfilment

Project Details

Description

Изучение глобальных процессов изменения климата

Layman's description

Стремительная дегляциация в полярных и горных регионах Земли связана не только непосредственно с масштабными климатическими изменениями, но и с глобальным переносом микрочастиц, которые накапливаясь на поверхности ледников приводят к изменению альбедо и скорости деградации ледовых толщ. Особую роль в дегляциации играют аккумуляции органогенных криоконитов, представляющих специфические почвоподобные тела. Они представляют из себя самоуглубляющиеся темноокрашенные образования в поверхностной толще ледника, которые развиваясь в пространстве смыкаются и образуют развитую сеть органоминерального материала, что приводит к интенсивному таянию льда. Проект направлен на комплексное изучение этого явления с помощью ряда инструментальных и молекулярных методов.

Key findings for the project

В ходе полевых работ изучены органо-минеральные и минеральные криокониты, формирующиеся на поверхностях ледников Арктики (арх. Шпицберген, о-в Большевик, Полярный Урал), в Антарктиде (о-ва Ливингстон и Кинг-Джордж) и Центрального Кавказа (г. Эльбрус, г. Шхельда). Отобраны пробы криоконитов, морен, флювиогляциальных и селевых отложений и приледниковых почв. Проведены лабораторные химические анализы и микроморфологические исследования проб, определен их гранулометрический состав. Установлено, что ключевым отличием криконитов различного происхождения является гранулометрический состав и компонентный состав тяжелых металлов. Криоконитовые образования являются местами накопления экотоксиикантов – тяжелых металлов и полициклических ароматических углеводородов техногенного происхождения. Микроморфологический анализ микромонолитов криоконитовых стаканов выявил высокое содержание минералов, слабоустойчивых к выветриванию, для отдельных криоконитов характерен богатый минералогический состав. Особую роль в формировании аккумуляций органического вещества на поверхности ледника играют перелетные птицы переносящие и перераспределяющие огромные количества органических и минеральных веществ. Проведены метагеномные исследования проб. Выявлены доминирующие филумы микроорганизмов и установлена их функциональная роль. Определена энзиматическая активность криоконитов и фоновых почв. Работы, проделанные в ходе отчетного периода позволили установить, что на поверхности ледника формируются своеобразные экосистемы с выраженными атрибутивными признаками, биохимическими процессами и экологическими функциями.

Key findings for the stage (in detail)

Одним из короткоживущих (по сравнению с парниковыми газами) климатически значимых составляющих атмосферы выступает черный углерод, который накапливается в криоконитовых лунках. Вариабельность полидисперсного состава криоконитов может быть связана с различиями в условиях образования криоконитовых стаканов на ледниках и влиянием местных ландшафтов на процессы эоловой седиментации. Криокониты выступают в качестве накопителей полиаренов, радионуклидов и различных микроэлементов в горных и полярных экосистемах, которые в теплый период года с процессом активного таяния могут попасть в прилегающие почвы. Формирование сообщества культивируемых микромицетов в почвоподобных телах криоконитов на ледниках архипелага Шпицберген, вероятно, связано с участием аэрогенного переноса пропагул микромицетов как из районов хозяйственной деятельности, так и из природных местообитаний.
Нами были сравнены метапротеомы сообществ из криоконитов ледников Кавказ (высокий уровень антропогенного загрязнения) и Новая Земля (низкий уровень антропогенного загрязнения), был выявлен небольшой сдвиг от доминирования фототрофных цианобактерий на Новой Земле к гетеротрофным бактериям на Кавказе. Это может быть связано с антропогенной нагрузкой. Однако мы не можем сделать однозначный вывод об этом из-за различий в погодных условиях и динамике температуры. Наши наблюдения также могут быть связаны с сезонными сдвигами от автотрофных к гетеротрофным общинам.
Характерной особенностью ГК, образующихся в криоконитовых лунках, является их низкая степень конденсации и накопление алифатических фрагментов ГК (до 73%). По мере накопления такого материала на поверхности ледников происходит их незначительная трансформация из-за постоянно низких температур и отсутствия сезонного притока предшественников гумификации. Данное органическое вещество по структуре схоже с органическими соединениями, которые являются частью почв, в Арктике.
В условиях изменения климата и активных процессов дегляциации ледового покрова в окружающую среду может попасть существенное количество органических и неорганических веществ которые накапливаются в составе криоконитовых лунок. Данный процесс может внести существенные изменения в перегляциальных ландшафтах и коренным образом изменить окружающую среду горных и полярных областей.

Key findings for the stage (summarized)

Проведены полевые исследования и пробоотбор в Арктике, Антарктике, на Полярном Урале и на территории Центрального Кавказа. Проведен мезоморфологический и микроморфологический анализ материалов криоконитовых образований. Установлены основные типы первичных минералов, накапливающихся в криоконитовых стаканах. С помощью современных спектральных методов, в частности ядерного магнитного резонанса и электронного парамагнитного резонанса изучены структурно-функциональные параметры щелочно-экстрагируемых фракций органического вещества приледниковых почв и криоконитов. Проведен метапротеомный анализ объектов исследования, что позволило существенно дополнить омиксный портрет микробных сообществ криоконитов и приледниковых почв. Составлены картограммы пространственного распределения тяжелых металлов, углерода органических соединений и ключевых элементов питания в криоконитах ледника Коллинз, Западная Антарктика. Для ледников Центрального Кавказа получены сведения об активности радионуклидов материале криоконитовых стаканов. Установлен фракционный состав полициклических ароматических углеводородов в материале криоконитов ледников Гарабаши и Шхельда, селевых отложений, первичных приледниковых почв и почв Баксанского ущелья. Проанализирована полидисперсность криоконитов с использованием классического седиментационного и современного лазерно-дифрактометрического метода анализа. Полученные данные о качественном, вещественном и химическом составе вещества существенно дополняют сведения о природе криоконитового материала и его возможной роли в почвообразовании в приледниковых зонах в различных регионах Земли.

Academic ownership of participants (text description)

Е.В. Абакумов 30
В.И. Поляков 10
Т.И. Низамутдинов 10
И.Д. Кушнов 5
А.В. Лупачев 5
Е.Д. Лодыгин 5
Д.Ю. Власов 5
Р.Х. Темботов 5
А.В. Лупачев 5
А.К. Кимеклис 5
Е.А. Иванова 5
Б.Р. Мавлюдов 5
М.Н. Иванов 5

Rationale of the interdisciplinary approach

Анализ таксономического состава микробиома и полихимического загрязнения криконитовых отложений и прилегающих к леднику почв в разнообразных климатических условиях – основная задача всего проекта и второго года выполнения проекта. Ранее основное внимание уделялось морфологическим особенностям формирования криоконитовых отложений и прилегающих к леднику почв. В ходе отчетного периода была существенно дополнена зональная и пространственная динамика изучения физических и химических параметров криоконитовых отложений и прилегающих к леднику почв способствовали осуществлению междисциплинарного подхода

Rationale of the intersectoral approach

проект находится на стыке экологии, микробиологии, почвоведения
Short titleMicromir
AcronymRFBR_MICRO_2019 - 2
StatusFinished
Effective start/end date4/03/2125/12/21

Fingerprint

Explore the research topics touched on by this project. These labels are generated based on the underlying awards/grants. Together they form a unique fingerprint.