Maailmanlaajuiset metaanitasot saavuttavat uusia huippuja
Metaanikuplat jääneet jumiin Abraham-järvelle Albertassa Kanadassa talvella 2016-17. Kesällä kaasu (järvien sedimenttien mikrobien tuottama) valuu ilmaan - prosessi, jonka tutkijat ovat osoittaneet epätavallisilla menetelmillä. Kuva kauttaFlickr/juneaidrao.
LähettäjäRebecca Lindsey, Michon Scott, NOAA Climate.gov: n kautta
Ilmaston lämpenemisen osalta hiilidioksidi on 800 kilon gorilla: se on runsain pitkäikäisistä kasvihuonekaasuista, joita ihmisen toiminta tuottaa. Mutta unssilta unssille metaani (CH4) vangitsee enemmän lämpöä, ja se vastaanoin 20%ihmisen toiminnan tuottamista kasvihuonekaasuista. Kummallista kuitenkin, että maailmanlaajuiset metaanitasot 'tasoitettiin' vuosina 1999-2006.
Tasanko ei kuitenkaan kestänyt, ja viime vuosina maailmanlaajuiset metaanitasot ovat saavuttaneet uusia ennätyksiä. Metaanin kanssa tapahtuvien asioiden selvittäminen on NOAA: n ja muiden instituutioiden ympäri maailmaa olevien hiilikierron asiantuntijoiden tärkeä prioriteetti. Mahdollisesti tärkein vihje: Ilmanäytteet, jotka on kerätty eri leveysasteilta ympäri maailmaa, osoittavat, että hiili-13: n-harvinaisen, raskaan hiilen isotoopin-sisältävän metaanin määrä on vähentynyt merkittävästi vuodesta 2007.
Tämä pudotus epäilee yhtä ensimmäisistä asiantuntijoiden selityksistä vuoden 2007 jälkeiselle nousulle: fossiilisten polttoaineiden, mukaan lukien öljy- ja maakaasuporausten aikana karkaavan ”hajaantuvan” metaanikaasun, lisääntymisen. Sen sijaan kemialliset sormenjäljet osoittavat maatalouden ja kosteikkojen päästöjä tropiikista.
Kuukausittaiset metaanipitoisuudet (pienet ympyrät) vuodesta 1983, juokseva keskiarvo kiinteänä viivana. Kuva NOAA/Climate.gov.
Metaanipommi ... tai ei
Tiedemiehet ovat jo pitkään tunnustaneet mahdollisuuden - pienen, mutta ei nollan -, että ilmaston lämpeneminen voi sytyttää 'metaanipommin' arktisella alueella: valtavien metaanimäärien nopea vapautuminen sulattavasta ikiroudasta ja vedenalaisista metaanihydraateista. Tällainen julkaisu voi laukaistasukupuuttoon johtava lämpeneminen.
Jopa ilman katastrofaalista arktista vapautumista metaanilla on merkitystä. Sen käyttöikä on lyhyempi kuin hiilidioksidin, mutta suurempiilmaston lämpenemispotentiaali, mikä tarkoittaa, että metaanin hallinta voi auttaa vähentämään lämpenemistä seuraavien 20-30 vuoden aikana. Tässä yhteydessä tasangot 1999–2006 olivat askel oikeaan suuntaan. Vuoden 2007 elpyminen, askel taaksepäin.
Ed Dlugokenckyon NOAA: n Earth System Research Centerin tutkimuskemisti. Dlugokencky sanoi:
Arktinen alue on herkin ilmastonmuutoksen lisääntyneille metaanipäästöille.
Syvä turvekerrokset, jotka ovat jäätyneet talvella ja kastuneet lyhyiden kesien aikana, ovat täynnä anaerobisia mikrobeja, jotka 'hengittävät' ulos metaania hiilidioksidin sijasta. Ikuisen sulan sulaessa mikrobien aktiivisuus lisääntyy.
Mutta vaikka arktisen metaanin pitoisuudet nousivat vuonna 2007, Dlugokencky sanoi:
Meillä ei ole vielä todisteita siitä, että arktisen metaanin päästöt kasvavat pitkällä aikavälillä.
Itse asiassa NOAA: n ja muiden viimeaikaiset tutkimukset osoittavat, että arktisen tundran sulatessa se vapauttaa yhä enemmän hiilidioksidia, ei metaania. (Arktiset järvet voivat olla eri tarina.)
Ilmakehän metaanin kehitys eri leveysasteilla vuodesta 1983 toukokuuhun 2017. (Vuoden 2017 tiedot ovat alustavia). Jokainen pystysuora kaavio oikealla kuvaa edustaa viikoittaista keskimääräistä metaanikasvua tietyllä leveysasteella (merkitty maapallolla vasemmalla). Negatiivinen kasvuvauhti (violetti) näkyy tropiikissa ja pohjoisilla leveysasteilla 2000-luvun ensimmäisellä puoliskolla. Vahva positiivinen kasvuvauhti ilmeni korkeilla pohjoisilla leveysasteilla vuonna 2007 ja molempien pallonpuoliskojen tropiikissa seuraavina vuosina. Kuva kauttaNOAA Climate.gov, Ed Dlugokenckyn, NOAA ESRL: n toimittamien tietojen perusteella.
Muut epäillyt
NOAA on mitannut ilmakehän metaanipitoisuuksia ilmanäytteissä eri puolilta maailmaa 1980 -luvun alusta lähtien, joten tutkijoilla on melko selkeä kuva metaanin kasvuvauhdista eri leveysasteilla viime vuosikymmeninä. Kausiluonteiset ja maantieteelliset mallit auttavat tutkijoita ymmärtämään, mitä tapahtuu.
Alaskan yliopisto Fairbanksin professori Katey Walter Anthony vie meidät jäädytetylle järvelle Fairbanksissa, AK, osoittamaan, miksi metaanikaasu on 'räjähtänyt' ilmastonmuutokselle.
Lasku 1990-luvun lopulla 2000-luvun puoliväliin on keskittynyt pohjoiselle pallonpuoliskolle. Johtava hypoteesi on, että teollisuusmaat, mukaan lukien Yhdysvallat, saivat paremman hallinnan ”hajautuvista” metaanipäästöistä, jotka poistuvat öljyn ja maakaasun porauksen ja pumppaamisen aikana.
Selityksen etsimistä vaikeuttaa se, että asiantuntijat eivät ole edes 100% varmoja siitä, että metaanin käyttöikä ilmakehässä on vakio. Ilmaan vapautuneen metaanimolekyylin elinikää ohjaavat enimmäkseen reaktiot ilmakehän ensisijaisen hapettimen: hydroksyyliryhmän (OH) kanssa. Dlugokencky sanoi:
Jos oletetaan, että metaanin käyttöikä on vakio, päästöihin ei tarvitse tehdä muutoksia tasangon selittämiseksi; se on vain järjestelmän luonnollinen säätö, joka yrittää päästä tasapainoon.
Toisin sanoen pesualtaat, jotka poistavat metaanin, saavuttavat lähteet.
Tärkeimmät metaanilähteet ja nieluja. Nuolen koko osoittaa lähteen suhteellisen osuuden maailmanlaajuiseen kokonaissummaan. Metaanin käyttöikä on noin 9 vuotta ennen kuin hapettimet muuttavat sen hiilidioksidiksi. Tällä hetkellä metaanipäästöt ylittävät poistonopeuden noin 10 miljoonalla tonnilla vuodessa. Kuva kauttaNOAA Climate.gov/Global Carbon Project.
Ongelmana on, että asiantuntijat eivät ole täysin sulkeneet pois mahdollisuutta, että metaanin käyttöikä ei ole vakio. Hydroksyyliradikaalia ei voida mitata suoraan maailmanlaajuisesti. Joten on edelleen mahdollista, että hydroksyyliradikaalien määrä vaihtelee riittävästi ajan ja paikan mukaan, jotta sillä voisi olla jonkinlainen rooli metaanipitoisuuksien pysäytys- ja kulkuradalla viime vuosikymmeninä. Dlugokencky sanoi.
Elinikä ei tiedetä tarkasti lisää epävarmuutta maailmanlaajuisista päästöistä.
Asioiden päättäminen
Vuoden 2007 jälkeinen maailmanlaajuisten metaanipitoisuuksien nousu on suunnilleen sama kuin maakaasun 'hajoamisen' nopea käyttöönotto Yhdysvalloissa, mikä tekee hajapäästöistä loogisen epäilyksen. Mutta yritykset tarkistaa yhteys ovat tuottaneet vasta-intuitiivisia tuloksiaStefan Schwietzke, metaaniasiantuntija Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (NOAA-Colorado-yliopiston Boulder-kumppanuus).
Schwietzken tutkimukset viittaavat siihen, että fossiilisten polttoaineiden metaanipäästöt ovat suurempia kuin maiden itse ilmoittamat inventaariot viittaavat, ja ne voivat jopa kasvaa. Silti hän selitti sähköpostitse, että fossiilisista polttoaineista johdettu metaani on rikastettu hiili-13: lla-harvinaisella, raskaalla hiilen isotoopilla-ja ilmanäytteet osoittavat, että hiili-13-maustetun metaanin määrä vähenee kaikkialla maailmassa.
Metaanipitoisuudet (tummat viivat) ja hiili-13-määrä metaanissa (vaaleat viivat) vuosina 1998-2014 neljällä leveysalueella: pohjoisen ja eteläisen pallonpuoliskon tropiikki (vihreä ja oranssi) ja pohjoiset ja eteläiset korkeat leveysasteet (sininen ja harmaa) . Vuodesta 2007 lähtien metaanipitoisuudet alkoivat nousta kaikilla leveysasteilla, mutta 'raskasta' hiiltä 13 kuljettavan metaanin määrä alkoi laskea. Kuva kauttaNOAA Climate.gov.
Pudotus näyttää sulkevan pois fossiilisten polttoaineiden päästöt, maastopalot tai biomassa-uunit syynä vuoden 2007 jälkeiseen metaanin nousuun. Kaikki nämä metaanilähteet ovat enemmän tai vähemmän rikastettuja hiili-13: lla, mutta eivät ole tyhjentyneet.
Se on päinvastainen havainto: fossiilisten polttoaineiden metaani on korkeampi kuin luulimme, mutta se näyttää muodostavan pienemmän osuuden maailman kokonaispäästöistä. Schwietzke kirjoitti sähköpostissaan: 'Metaanin 13-C-isotoopin väheneminen ilmakehässä osoittaa, että mikrobilähteiden on saatava kasvava osuus metaanin kokonaispäästöistä maailmanlaajuisesti.'
Kasvata luontoa vastaan
Biologisen, mikrobilähteen tapaus on vahva, mutta on vähemmän selvää, mikä lähde tai lähteet se on. Satelliittitietojen perusteella Dlugokencky sanoo,
… Näyttää siltä, että metaanipäästöt kasvavat eniten tropiikissa ja pohjoisen pallonpuoliskon keskipituisilla leveysasteilla, ja meillä on joitain ideoita miksi, mutta ei selviä vastauksia.
Colorado -yliopiston Boulderin arktisen ja alppitutkimuslaitoksen Stable Isotope Laboratoryn NOAA: lle tekemät hiili -isotooppianalyysit ovat sopusoinnussa sekä luonnollisista kosteikoista että maataloudesta peräisin olevien mikrobipäästöjen lisääntymisen kanssa.
Maatalouden metaanilähteitä ovat riisinviljely ja märehtijöiden karjan röyhtäily. Riisinviljely riippuu kasvualueiden säännöllisistä tulvista. Hukkunut maaperä ja eläinten vatsat suosivat mikrobilajeja, jotka voivat selviytyä ilman happea. Nämä mikrobit hengittävät metaania (CH4) hiilidioksidin (CO2) sijasta.
Tutkija yrittää ottaa kiinni letkuun palan, joka on kiinnitetty kalastukseen (kiinnitetty pumppuun), ja ottaa kiinni Zimbabwen lehmän sisältämän metaanikaasun. Näyte on osa Euan Nisbetin pyrkimyksiä luetteloida kaikentyyppisten trooppisista lähteistä peräisin olevan metaanin hiili-13-isotooppimerkit. Kuva kauttaLucy Broderick.
Maantieteellisesti molemmat lähteet ovat uskottavia. Maailman suurin märehtijöiden karja on Intiassa (pohjoisen pallonpuoliskon tropiikki), ja muissa trooppisissa maissa Afrikassa ja Etelä -Amerikassa on myös suuri populaatio. Suurin osa riisinviljelystä tapahtuu Pohjois -tropiikissa, Intiassa, Kiinassa ja Kaakkois -Aasiassa. Kummankin pallonpuoliskon tropiikissa asuu maailman suurimmat kosteikot.
Euan Nisbet, Lontoon yliopiston Royal Hollowayn metaaniasiantuntija, luulee, että luonnolliset kosteikot muodostavat leijonanosan vuoden 2007 kasvusta. Maantiede ei ole vain oikea, hän selitti sähköpostitse, mutta kansainväliset maataloustilastot eivät anna todisteita suuresta, vastaavasta märehtijöiden tai riisinviljelyalueiden lisääntyminen vuonna 2007.
Sitä vastoin on hyvin dokumentoitu, että luonnollisten kosteikkojen metaanipäästöt kasvavat nopeasti sateiden ja lämmön vuoksi ja että päästöt ovat eksponentiaalisesti suurempia märillä vuosina kuin kuivat.
Auringonlasku osan Amazon -joesta ja sen tulva -kosteikoista 19. elokuuta 2008. Tällaiset trooppiset kosteikot ovat suuri - ja mahdollisesti lisääntyvä - metaanilähde ilmakehään. Kuva kauttaNASAn Maan observatorio.
Trooppisten märien ja kuivien vuosien välistä keinua säätelee enimmäkseenluonnollinen ilmastomallitrooppisella Tyynellämerellä, joka vaihtelee lämpimän, kuivan vaiheen (El Niño) ja viileän märän vaiheen (La Niña) välillä. Kun maailmanlaajuiset metaanipitoisuudet tasoitettiin 2000-luvun alussa, tropiikki koki kolme El Niño -jaksoa. Vuodesta 2007 lähtien La Niña on ollut yleisempi, ja metaanipäästöt ovat jälleen kasvussa.
NOAA: n Dlugokencky suostui sähköpostitse tiettyyn kohtaan. Hän kirjoitti:
Vaikka siirtyminen El Niñosta La Niñaan vuonna 2007 todennäköisesti aloitti uuden kasvun.
Lisäksi hän lisää, että ilmakehän hiili-13: n laskeva suuntaus on selitettävissä. Luonnollisten kosteikkojen mikrobitoiminnasta peräisin oleva metaani voi olla hiili-13-köyhtynyt verrattuna ympäröivään globaaliin ilmakehään, mutta se ei ole niin tyhjä kuin jotkut maatalouden lähteet. Hän sanoi:
Jotta ilmakehän CH4 -isotooppikoostumuksen mittaukset olisivat johdonmukaisia, myös maatalouden lähteistä on todennäköisesti osuutta asiaan.
Öljystä erotettavan maakaasun (suurelta osin metaanin) sytyttäminen Pohjois-Dakotan kaivosalueella vuonna 2014. Valtiolla on tavoitteita lieventämisen vähentämiseksi tulevina vuosina, jotta voidaan edistää metaanin talteenottoa ja uudelleenkäyttöä. Kuva kauttaJeffrey Peischl, CIRES.
Selviytymisstrategiat
Tämä keskittyminen metaanibudjetin yksityiskohtiin ei ole vain tieteellistä uteliaisuutta. Dlugokencky sanoi:
Metaani on toiseksi tärkein pitkäikäinen kasvihuonekaasu, johon ihmiset vaikuttavat. Suhteellisen pienillä päästövähennyksillä saatamme pystyä vakauttamaan ilmakehän metaania tai jopa vähentämään sen määrää.
Molemmat todennäköiset hakijat viimeaikaisesta päästöjen kasvusta voivat olla vaikeita hillitä. Kehittyvissä maissa, joissa väestö kasvaa, metaanin torjunta saattaisi lopettaa tarvetta laajentaa elintarviketuotantoa. Jos luonnolliset kosteikot ovat lisääntymisen pääasiallinen lähde, torjunta ei ehkä ole edes mahdollista.
Umpikuja molemmilla rintamilla saattaa lisätä tarvetta valvoa muiden lähteiden, myös fossiilisten polttoaineiden, päästöjä. Jos metaanipäästöjen hallinta on edelleen osa Yhdysvaltojen ilmasto- ja ilmanlaatupolitiikkaa, NOAA -tutkimus auttaa päätöksentekijöitä selvittämään, mistä aloittaa. Schwietzke sanoi:
Yhdysvaltojen kenttämittauskampanjoissamme viimeisen vuosikymmenen aikana olemme saaneet paremman käsityksen fossiilisten polttoaineiden metaanipäästöjen mekaanisista perusteista.
Tämä kenttätutkimus on yhdistänyt ilma-, satelliitti- ja maanpäälliset ilmanlaatumittaukset metaanikohtien kokoamiseksi koko maassa, Four Corners -alueelta Pohjois-Dakotalle ja Teksasiin, hylättyihin öljy- ja kaasukaivoihin idässä. . Schwietzke sanoi:
Yhdessä kaikkien metaanilähteiden maailmanlaajuisen seurannan kanssa teemme tämän tiedon käytettäväksi lieventämisstrategioiden kehittämisessä.
Nautitko ForVM: stä toistaiseksi? Tilaa ilmainen päivittäinen uutiskirjeemme tänään!
Bottom line: 2000-luvun tasangon jälkeen kasvihuonekaasujen maailmanlaajuiset tasot ovat saavuttamassa uusia huippuja.