Trends in the elements of the carbonate system of Lake Ladoga
DOI:
https://doi.org/10.21638/spbu07.2024.305Abstract
During the observation period in 2003 – 2021, it was shown that the total concentration of dissolved inorganic carbon, represented in the water of Lake Ladoga mainly HCO3ˉ and CO2 has been increasing in recent years. The concentration of CO2 has a sufficiently large spatial and temporal variability and, in terms of carbon at the stations under consideration, can range from 0.6 to 47 % of the total concentration of dissolved inorganic carbon, depending on the change in the ratio of production and destruction processes in different seasons at different horizons. At the same time, a significant interannual trend of an increase in the total concentration of dissolved carbon dioxide and, accordingly, a decrease in the hydrogen index was revealed. Calculation of the balance of dissolved in water and atmospheric CO2 showed that, in general, CO2 concentrations in water exceed equilibrium, however, at the peak of the growing season, the surface layer of the lake in some cases, on the contrary, can absorb carbon dioxide from the air. This effect of the «biological pump» is most clearly manifested in the nutrient-rich and heated shallow part of the lake. However, in the main body of water, there is an interannual trend of increasing the calculated concentrations of dissolved carbon dioxide relative to its equilibrium concentrations with the atmosphere. Due to the shortage of nutrients, primarily phosphorus, an increase in temperature does not lead to an increase in productivity and CO2 consumption. Stoichiometric ratios of apparent oxygen and carbon deficiency, in turn, demonstrate that the quantitative change in the content of dissolved carbon in water can be fully explained by oxidation or synthesis of organic matter in only a third of the cases considered. In the remaining 2/3 of cases, the increase in the concentration of dissolved inorganic carbon may be associated with an increase in carbon runoff from the catchment area into Lake Ladoga, or with intra-reservoir processes associated with the peculiarities of accumulation and redistribution of CO2 in the water column.
Keywords:
carbonate system, dissolved carbon, CO2 emission, bicarbonate ion, ACU, AOU
Downloads
References
Алекин, О. А. (1970). Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 413 с.
Гусаков, Б. Л. и Тержевик, А. Ю. (1992). Лимническое районирование и особенности озерных процессов в лимнических зонах. В: Н. А. Петрова, А. Ю. Тержевик, ред., Ладожское озеро - критерии состояния экосистемы. СПб.: Наука, 21-26.
Гусева, М. А. (2022). Растворенный углерод и его формы в Ладожском озере в период открытой воды. В: Труды XI Международной научно-практической конференции «Морские исследования и образование (MARESEDU) - 2022». Том I (IV). Тверь: ПолиПРЕСС, 223-226.
Жукова, Т. В. и Верес, Ю. К. (2014). Оценка поглощения и эмиссии диоксида углерода в озерах разного трофического уровня. В: Актуальные проблемы биоэкологии: материалы Международной научной конференции, посвященной 40-летию образования кафедры общей экологии и методики преподавания биологии. Минск: Издательский центр БГУ, 36-39.
Калинкина, Н. М., Теканова, Е. В., Сабылина, А. В., Рыжаков, А. В. (2019). Изменения гидрохимического режима Онежского озера с начала 1990-х годов. Известия Российской академии наук. Серия географическая, 1, 62-72. https://doi.org/10.31857/S2587-55662019162-72
Маккавеев, П. Н., Налбандов, Ю. Р., Полухин, А. А., Щука, С. А. (2019). Динамика растворенного неорганического углерода в Енисейском заливе в период открытой воды. Океанология, 59 (5), 701-713. https://doi.org/10.31857/S0030-1574595701-713
Моисеенко, О. Г., Коновалов, С. К., Козловская, О. Н. (2010). Внутригодовые и многолетние изменения карбонатной системы аэробной зоны Черного моря. Морской гидрофизический журнал, 6, 42-57.
Петрова, Н. А., Петрова, Т. Н., Сусарева, О. М., Иофина, И. В. (2010). Особенности эволюции экосистемы Ладожского озера под влиянием антропогенного эвтрофирования. Водные ресурсы, 37 (5), 580-589.
Петрова, Т. Н. (2019). Распределение фосфора в воде Ладожского озера по результатам многолетнего мониторинга. В: С. И., Богданов, Д. А., Субетто, А. Н., Паранина, ред., География: развитие науки и образования: коллективная монография по материалам Всероссийской с международным участием научно-практической конференции LXXII Герценовские чтения, посвященной 150-летию со дня рождения В. Л. Комарова, 135-летию со дня рождения П. В. Гуревича, 90-летию со дня рождения В. С. Жекулина. Том I. СПб.: Астерион; изд-во РГПУ им. А. И. Герцена, 386-390.
Семенов, А. Д., ред. (1977). Руководство по химическому анализу поверхностных вод суши. Л.: Гидрометеоиздат.
Стунжас, П. А. (1995). Разделение вод Енисея и Оби в Карском море по щелочности и кремнию. Океанология, 35 (2), 215-219.
Bozec, Y., Merlivat, L., Beaumont, L., Danguy, T., Guillot, A., Repecaud, M., Grossteffan, E., Bucciarelli, E., Guillou, J., Blain, S., Treguer, P. (2010). High frequency monitoring of pCO2 and related parameters using a CARIOCA sensor in a temperate coastal ecosystem (2003-2009). In: J. Hall, D. E. Harrison, D. Stammer, eds, Proceedings of the OceanObs’09: Sustained Ocean Observations and Information for Society. Venice: ESA Publication WPP-306.
Buch, K. (1951). Das Kohlensäure Gleichgewichtssystem im Meerwasser. Helsinki: Helsingfors.
Carroll, J. J., Slupsky, J. D., Mather, A. E. (1991). The solubility of carbon dioxide in water at low pressure. Journal of Physical and Chemical Reference Data, 20, 1201-1209. https://doi.org/10.1063/1.555900
Cheng, W., Dan, L., Deng, X., Feng, J., Wang, Y., Peng, J., Tian, J., Qi, W., Liu, Zh., Zheng, X., Zhou, D., Jiang, S., Haipeng, Zh., Wang, X. (2022). Global monthly gridded atmospheric carbon dioxide concentrations under the historical and future scenarios. Sci Data, 9 (1), 83. https://doi.org/10.1038/s41597-022-01196-7
Cole, J. J., Caraco, N., Kling, G. W., Kratz, T. K. (1994). Carbon dioxide supersaturation in the surface waters of lakes. Science, 265 (5178), 1568-1570. https://doi.org/10.1126/science.265.5178.1568
Domysheva, V. M., Sakirko, M. V., Pestunov, D. A., Panchenko, M. V. (2010). Experimental assessment of the carbon dioxide flow in the atmosphere-water system of the littoral and pelagic zones of lake Baikal during hydrological summer. Doklady Earth Sciences, 431 (2), 541-545. https://doi.org/10.1134/S1028334X10040276
Guseva, M. A. and Shmakova, V. Yu. (2024) Trends of the ionic composition of Lake Ladoga.Russian Meteorology and Hydrology, 49 (3), 247-256. https://doi.org/10.3103/S1068373924030087
Hutchinson, G. E. (1957). A treatise on limnology: Geography, physics and chemistry. Volume 1. New York: Wiley.
Makkaveev, P. N., Polukhin, A. A., Seliverstova, A. M., Stepanova, S. V., Chultsova, A. L., Artemiev, V. A. (2018). Dissolved Inorganic Carbon in the Estuarine Area of the Lena River: Results of Expeditions in 2015 and 2017. Oceanology, 58 (4), 525-536. https://doi.org/10.1134/S0001437018040057
Marx, A., Dusek, J., Jankovec, J., Sanda, M., Vogel, T., van Geldern, R., Hartmann, J., Barth, J. A. C. (2017). A review of CO2 and associated carbon dynamics in headwater streams: A global perspective. Reviews of Geophysics, 55 (2), 560-585.
Naumenko, M. A., Karetnikov, S. G., Guzivaty, V. V. (2007). Thermal regime of Lake Ladoga as a typical dimictic lake. Limnological Review, 7 (2), 63.
Takahashi, T., Sutherland, S. C., Sweeney, C., Poisson, A., Metzl, N., Tilbrook, B., Bates, N. R., Wanninkhof, R., Feely, R. A., Sabine, C. L., Olafsson, J., Nojiri, Y. (2002). Global sea - air CO2 flux based on climatological surface ocean pCO2 and seasonal biological and temperature effects. Deep-Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography, 49 (9-10), 1601-1622. https://doi.org/10.1016/S0967-0645(02)00003-6
Taylor, J. A., Orr, J. C. (2000). The natural latitudinal distribution of atmospheric CO2. Global and Planetary Change, 26 (4), 375-386.
Tishchenko, P. P., Tishchenko, P. Y., Zvalinskii, V. I., Sergeev, A. F. (2011). The carbonate system of Amur Bay (Sea of Japan) under conditions of hypoxia. Oceanology, 51 (2), 235-246. https://doi.org/10.1134/S0001437011020172
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Articles of "Vestnik of Saint Petersburg University. Earth Sciences" are open access distributed under the terms of the License Agreement with Saint Petersburg State University, which permits to the authors unrestricted distribution and self-archiving free of charge.
