Dissolved methane in Lake Baikal: a modified technique for determining concentrations and vertical distribution in the water column

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

We have developed a modified method of headspace analysis of water samples with the control of temperature and total pressure in the gaseous phase of a closed heterogeneous system followed by a gas chromatographic measurement of methane concentration with the methane content in the lake water of < 500 nl СН4/L. Here, we describe the background concentrations and vertical distribution of dissolved methane in the water column of Lake Baikal, which were obtained for several years.

About the authors

I. B. Mizandrontsev

Limnological Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: vigo@lin.irk.ru
Russian Federation, 3, Ulan-Batorskaya St., Irkutsk, 664033

V. V. Kozlov

Matrosov Institute for System Dynamics and Control Theory of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: vigo@lin.irk.ru
Russian Federation, 134, Lermontov St., Irkutsk, 664033

V. G. Ivanov

Limnological Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: vigo@lin.irk.ru
Russian Federation, 3, Ulan-Batorskaya St., Irkutsk, 664033

K. M. Kucher

Limnological Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: vigo@lin.irk.ru
Russian Federation, 3, Ulan-Batorskaya St., Irkutsk, 664033

E. S. Korneva

Limnological Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: vigo@lin.irk.ru
Russian Federation, 3, Ulan-Batorskaya St., Irkutsk, 664033

N. G. Granin

Limnological Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: vigo@lin.irk.ru
Russian Federation, 3, Ulan-Batorskaya St., Irkutsk, 664033

References

  1. A technical guide for static headspace analysis using GC. 2000. Restek Corporation (www.restek.com)
  2. Alekin O.A. 1970. Osnovy gidrokhimii. Leningrad: Gidrometeoizdat. (in Russian)
  3. Boeva L.B., Tambieva N.S., Mikhailenko O.A. 2012. RD 52.24.512-2012. Volumetric concentration of methane in waters. Measurement technique by the gas chromatographic method using headspace analysis (Electronic text of the document). Ministry of Natural Resources and Ecology of the Russian Federation; Rosgidromet. Rostov-on-Don: FGU GHI. (in Russian)
  4. Bolshakov A.M., Egorov A.V. 1987. The use of phase equilibrium degassing techniques in gasometric studies. Okeanologiya [Oceanology] 27: 861-862. (in Russian)
  5. Duchkov A.D. 2003. Methane gas hydrates in sediments of Lake Baikal. Rossiisky Khimichesky Zhurnal [Russian Chemical Journal] 47: 91-100. (in Russian)
  6. Egorov A.V. 2000. Biogeochemistry of methane in the sediments of the Baltic and Black Seas: kinetic models of diagenesis. Okeanologiya [Oceanology] 40: 690-696. (in Russian)
  7. Egorov A.V., Zemskaya T.I., Grachev M.A. 2005. The main patterns of methane distribution in water and sediments of Lake Baikal. In: 4th Vereshchagin Baikal Conference, pp. 76-77.
  8. Fedorov Yu.A., Nikanorov A.M., Tambieva N.S. 1997. The first data on the distribution of biogenic methane content in water and bottom sediments of Lake Baikal. Doklady Akademii Nauk [Reports of the Academy of Sciences] 353: 394-397. (in Russian)
  9. Galchenko V.F. 2001. Metanotrofnyye bakterii. Moscow: GEOS. (in Russian)
  10. Geodekyan A.A., Trotsyuk V.Ya., Avilov V.I. et al. 1979. Hydrocarbon gases. In: Bordovsky O.K., Ivanenkov V.N. (Eds.), Okeanologiya. Khimiya okeana. T. 1. Khimiya vody okeana. Moscow, pp. 164-175. (in Russian)
  11. Golmshtok A.Ya., Duchkov A.D., Hutchinson D.R. et al. 1997. Estimates of the heat flux in Lake Baikal according to seismic data on the lower boundary of the gas hydrate layer. Russian Geology and Geophysics 10: 1677-1691. (in Russian)
  12. Granin N.G., Granina L.Z. 2002. Gas hydrates and escapes of gases in Lake Baikal. Geologiya i Geofizika [Russian Geology and Geophysics] 43: 629-637. (in Russian)
  13. Granin N.G., Mizandrontsev I.B., Obzhirov A.I. et al. 2005. Gas exchange of Baikal by methane with the atmosphere. In: 4th Vereshchagin Baikal Conference, pp. 56-57.
  14. Granin N.G., Suetnova E.I., Granina L.Z. 2010. Decomposition of gas hydrates in bottom sediments of Lake Baikal: possible causes and consequences. In: Joint International Conference “Minerals of ocean – 5 and Deep-sea minerals and mining – 2”, pp. 110-116.
  15. Granin N.G., Muyakshin S.I., Makarov M.M. et al. 2012. Estimation of methane fluxes from bottom sediments of Lake Baikal. Geo-Marine Letters 32: 427-436. doi: 10.1007/s00367-012-0299-6
  16. Granin N.G., Mizandrontsev I.B., Obzhirov A.I. et al. 2013. Oxidation of methane in the water column of Lake Baikal. Doklady Earth Sciences 451: 784-786. doi: 10.1134/S1028334X13070258
  17. Handbook of chemistry. Vol. 3. 1964. Moscow-Leningrad: Khimiya. (in Russian)
  18. Hanson R.S., Hanson T.E. 1996. Methanotrophic bacteria. Microbiology Reviews 60: 439-471.
  19. Isaev V.P. 2001. Gas paleovolcanism at Lake Baikal. Geologiya Nefti i Gaza [Geology of Oil and Gas] 5: 45-50. (in Russian)
  20. Klerkx Ya., Zemskaya T.I., Matveeva T.V. et al. 2003. Methane hydrates in deep bottom sediments of Lake Baikal. Doklady Earth Sciences 393: 1342-1346.
  21. Kolb B., Ettre L.S. 2006. Static headspace-gas chromatography, theory and practice. NY: John Wiley & Sons.
  22. Lamontagne R.A., Swinnerton J.W., Linnenbom V.J. 1971. Nonequilibrium of CO and CH4 at the air-water interface. Journal of Geophysical Research 78: 5117-5131.
  23. Lamontagne R.A., Swinnerton J.W.,Linnenbom V.J. et al. 1973. Methane concentration in various marine environments. Journal of Geophysical Research 78.: 5317-5324.
  24. Lein A.Yu., Ivanov M.V. 2005. The largest methane water body on the Earth. Priroda [Nature] 2: 19-25. (in Russian)
  25. Levi K.G., Miroshnichenko A.I., Ruzhich V.V. et al. 1999. Modern faulting and seismicity in the Baikal Rift. Fizicheskaya Mekhanika [Physical Mechanics] 2: 171-180. (in Russian)
  26. Lilley M.D., Baross J.A., Gordon L.I. 1982. Dissolved hydrogen and methane in Saanich Inlet, British Columbia. Deep-Sea Research 29: 1471-1484.
  27. Lomonosov A.M., Chekanovsky A.L. 1869. The gases emitted from the bottom of Lake Baikal. Izvestiya Rossiiskogo Imperatorskogo Geograficheskogo Obshchestva [Proceedings of the Russian Imperial Geographical Society] 5, Baikal issue I: 67-76. (in Russian)
  28. Lomonosov A.M., Chekanovsky A.L. 1897. The gases emitted from the bottom of Baikal. Izvestiya Rossiiskogo Imperatorskogo Geograficheskogo Obshchestva [Proceedings of the Russian Imperial Geographical Society] 1, Baikal issue I: 137-145. (in Russian)
  29. Mizandrontsev I.B., Kozlov V.V., Ivanov V.G. et al. 2020. The vertical distribution of methane in the water column of Lake Baikal. Water Resources 47: 122–129. doi: 10.1134/S0097807820010108
  30. Obzhirov A.I. 1993. Gazogeokhimicheskiye polya pridonnogo sloya morey i okeanov. Moscow: Nauka. (in Russian)
  31. Obzhirov A.I., Vereshchagina O.F., Suess E. et al. 2002. Methane distribution in the water columns of the eastern shelf and the Sakhalin slope in the Sea of Okhotsk in different seasons of 1998-2000. In: Obzhirov A.I., Salyuk A.N., Vereshchagina O.F. (Eds.), Methane monitoring in the Sea of Okhotsk. Vladivostok, pp. 8-37. (in Russian)
  32. Oremland R.S. 1979. Methanogenic activity in plankton samples and fish intestines: A mechanism for in situ methanogenesis in oceanic surface waters. Limnology and Oceanography 24: 1136-1141.
  33. Ryabukhin G.E. 1933. A note on the combustible gases of Lake Baikal. Na Geologicheskom Fronte Vostochnoy Sibiri [On the Geological Front of Eastern Siberia] 1: 106-112. (in Russian)
  34. Schmid M., De Batist M., Granin N.G. et al. 2007. Sources and sinks of methane in Lake Baikal: A synthesis of measurements and modeling. Limnology and Oceanography 52: 1824-1837. doi: 10.4319/lo.2007.52.5.1824
  35. Schmidt U., Conrad R. 1993. Hydrogen, carbon monoxide, and methane dynamics in Lake Constance. Limnology and Oceanography 38: 1214-1226. doi: 10.4319/lo.1993.38.6.1214
  36. Tang K.W., McGinnis D.F., Frindte K. et al. 2014. Paradox reconsidered: Methane oversaturation in well-oxygenated lake waters. Limnology and Oceanography 59: 275-284. doi: 10.4319/lo.2014.59.1.0275
  37. Van Rensbergen P., De Batist M., Klerkx J. et al. 2002. Sublacustrine mud volcanoes and methane seeps caused by dissociations of gas hydrates in Lake Baikal. Geology 30: 631-634. doi: 10.1130/0091-7613(2002)030<0631:SMVAMS>2.0.CO;2
  38. Vereshchagin G.Yu. 1933. Gases from the bottom of Lake Baikal and on its coast. In: Lukashuk A.I., Vereshchagin G.Yu. (Eds.), Prirodnyye gazy SSSR. T. 27. Pribaikalye. (in Russian)
  39. Vereshchagina O.F., Korovitskaya E.V., Mishukova G.I. 2013. Methane in water columns and sediments of North Western Sea of Japan. Deep-Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography 86-87: 25-33. doi: 10.1016/j.dsr2.2012.08.017
  40. Vitenberg A.G. 2003. Static headspace gas chromatography. Physicochemical fundamentals and applications. Rossiisky Khimichesky Zhurnal [Russian Chemical Journal] 47: 7-22. (in Russian)
  41. Vitenberg A.G., Ioffe B.V. 1982. Gazovaya ekstraktsiya v khromatograficheskom analize. Leningrad: Khimiya. (in Russian)
  42. Vitenberg A.G., Marinichev A.N. 1985. The effect of changes in total pressure on the accuracy of headspace gas chromatography. Doklady Akademii Nauk [Reports of the Academy of Sciences] 282: 353-358. (in Russian)
  43. Wiessenburg D.A., Guinasso N.L. 1979. Equilibrium solubility of methane, carbon dioxide, and hydrogen in water and sea water. Journal of Chemical & Engineering Data 24: 356-360.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Mizandrontsev I.B., Kozlov V.V., Ivanov V.G., Kucher K.M., Korneva E.S., Granin N.G.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».