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Title: VARIABILIDADE ESPACIAL E SAZONAL DAS CONCENTRAÇÕES E EMISSÃO DE METANO (CH4) EM AMBIENTES AQUÁTICOS NA AMAZÔNIA CENTRAL: IMPLICAÇÕES PARA O BALANÇO REGIONAL DO CARBONO
Authors: Silva, Jonismar Souza da
metadata.dc.contributor.advisor: Forsberg, Bruce Rider
metadata.dc.contributor.co-advisor: Pimentel, Tania Pena
Keywords: Metano
Mudanças climáticas
Ambientes aquáticos
Issue Date: 17-Jan-2025
Publisher: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia - INPA
metadata.dc.publisher.program: Biologia de Água Doce e Pesca Interior - BADPI
Abstract: Methane (CH4) is the second most significant atmospheric greenhouse gas, surpassed only by water vapor, and it is approximately 25 times more effective than carbon dioxide in trapping heat. Methane is produced naturally through the decomposition of organic matter in anoxic environments and anthropogenically through activities such as rice cultivation and livestock farming. Inland waters contribute significantly as a natural source of CH4 to the atmosphere. Flooded areas account for approximately 55% of natural methane emissions. Rivers and lakes within the vast Amazonian ecosystem also serve as sources of CH4, although the dynamics differ between these two environments. Measurements of CH4 emissions and fluxes in Amazonian settings, particularly those evaluating seasonality and spatial variability, remain limited, with most studies concentrated in temperate zones. Research addressing these variations is crucial for understanding CH4 dynamics in the Amazon. This study aimed to: (1) estimate concentrations and diffusive fluxes of CH4 in floodplain rivers and lakes across different hydrological periods, including severe drought and flooding events; and (2) relate variations in CH4 concentrations and fluxes to environmental variables. Data were gathered from samples collected between 2005 and 2011 in the Negro and Solimões rivers, as well as from two sampling events during different hydrological periods (flood and recession) in Janauacá Lake, a floodplain lake in the Amazon. In the lake, samples were collected in 2017 from 28 spatially distributed points. For the rivers, concentration analyses employed the headspace technique, while fluxes were estimated based on concentration data and other variables. In Janauacá Lake, flux measurements were conducted using floating static chambers, with emissions calculated through regression between concentration and incubation time; concentrations were determined using an adapted equilibrator connected to a gas chromatograph. The Negro and Solimões rivers consistently exhibited supersaturated levels of CH4 relative to the atmosphere, with the Negro River typically showing higher concentrations (ranging from 0.004 µM to 0.223 µM) compared to the Solimões (ranging from 0.005 µM to 0.037 µM). Diffusive fluxes were also greater for the Negro River (0.09 to 8.6 mmol m-2 d-1) than for the Solimões (0.04 to 1.07 mmol m-2 d-1). Additionally, the highest concentrations were recorded during extreme drought events in the Negro River (0.22 µM). Regression models indicated that water depth and temperature could explain 70% of the variation in dissolved CH4 concentrations in the Negro River and 58% in the Solimões, highlighting the potentially strong effects of interannual hydrological variation on CH4 concentrations and subsequent releases in these rivers. In Janauacá Lake, CH4 concentrations ranged from 0.01 to 5.62 µM during the flood period, while during the recession, concentrations varied between 0.01 and 6.68 µM. No significant correlation was found between the density of flooded vegetation near the sampling points and CH4 concentrations (r = -0.22). In contrast to concentrations, the diffusive flux was higher during the recession (average of 5.392 mmol m-2 d-1) than during the flood (average of 0.997 mmol m-2 d-1). The two different types of aquatic environments studied here served as sources of CH4 to the atmosphere during sampling, each exhibiting distinct dynamics.
metadata.dc.description.resumo: O metano (CH4) é o segundo gás atmosférico com potencial de efeito estufa ficando atrás apenas do vapor d’água e cerca de 25% a mais que o dióxido de carbono. É produzido de forma natural pela (decomposição de matéria orgânica em ambientes anóxicos) e de forma antropogênica (cultivo de arroz, agropecuária, etc). As águas interiores contribuem significativamente com uma fonte natural de CH4 para a atmosfera. As áreas alagáveis, são responsáveis por aproximadamente 55% das emissões naturais de CH4. Rios e lagos que compõem o vasto ecossistema Amazônicos também são fontes de CH4 para a atmosfera, porém a dinâmica ocorre de forma diferente nos dois ambientes. Medidas de emissão e fluxos de CH4 em ambientes Amazônicos avaliando a sazonalidade e espacialidade ainda são escassos, com mais estudos concentrados em ambientes de zona temperada. Estudos que abordem essas variações são importantes para compreender a dinâmica de CH4 na Amazônia. O presente trabalho objetivou: (1) estimar as concentrações e os fluxos difusivos de CH4 em rios e lagos de várzea nos diferentes períodos hidrológicos, incluindo eventos de seca e cheia severa (2) relacionar as variações nas concentrações e fluxo de CH4 com as variáveis ambientais. Neste estudo, foram utilizados dados de amostragens realizadas entre os anos de 2005 e 2011 nos rios Negro e Solimões e duas coletas realizadas em diferentes períodos hidrológicos (enchente e vazante) e no lago Janauacá, um lago de planície de inundação amazônico. No lago as coletas foram feitas no ano de 2017, em 28 pontos divididos espacialmente. Nos rios, as análises de concentração foram feitas utilizando a técnica de headspace, já o fluxo foi estimado a partir dos dados de concentração e outras variáveis. No lago Janauacá, as medidas de fluxo foram feitas utilizando câmaras estáticas flutuantes, e a emissão foi calculada pela regressão entre a concentração e o tempo de incubação, a concentração foi feita em equilibrador adaptado, acoplado em cromatógrafo gasoso. Os rios Negro e Solimões estiveram consistentemente supersaturados com CH4 em relação à atmosfera, com o rio Negro geralmente apresentando concentrações mais elevadas (entre 0,004 µM e 0,223 µM) do que o Solimões (entre 0,005 µM e 0,037 µM). Os fluxos difusivos também foram maiores para o rio Negro (0,09 a 8,6 mmol m-2 d-1) do que para o rio Solimões (0,04 a 1,07 mmol m-2 d-1). Além disso, as maiores concentrações foram encontradas durante os eventos extremos de seca no rio Negro (0.22 µM). Modelos de regressão indicaram que a profundidade e a temperatura da água podem explicar a variação na concentração de CH4 dissolvido nos rios Negro (70%) e Solimões (58%), mostrando os efeitos potencialmente fortes da variação hidrológica interanual nas concentrações de CH4 nos rios e na subsequente liberação de CH4 nos rios. No lago Janauacá, as concentrações de CH4 variaram entre 0.01 e 5.62 µM no período da enchente. Na vazante as concentrações variaram entre 0.01 a 6.68 µM. Não houve correlação significativa entre a densidade da vegetação alagada próxima aos pontos de coleta e as concentrações de CH4 (r = - 0.22). Ao contrário das concentrações, o fluxo difusivo foi maior na vazante (média de 5.392 mmol m-2 d-1) do que na enchente (média de 0.997 mmol m-2 d-1). Os dois diferentes tipos de ambientes aquáticos aqui estudados foram fonte de CH4 para a atmosfera durantes as amostragens, tendo uma dinâmica diferente em cada ambiente.
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