Wetenschappers die onderzoeken hoe door de mens veroorzaakte toenames van methaan in de atmosfeer ook de hoeveelheid zonne-energie die door dat gas in ons klimaatsysteem wordt geabsorbeerd, verhogen, hebben ontdekt dat deze absorptie 10 keer sterker is in woestijngebieden zoals de Sahara en het Arabisch schiereiland dan elders op aarde, en bijna drie keer krachtiger in de aanwezigheid van wolken.

Een onderzoeksteam van het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) van het Amerikaanse Department of Energy kwam tot deze conclusie na evaluatie van observaties van Jupiter en Titan (een maan van Saturnus), waar de methaanconcentraties meer dan duizend keer zo hoog zijn als op aarde, om de kortegolf stralingseffecten van methaan hier op aarde te kwantificeren.

Deze bevindingen zijn vandaag online gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang in een artikel getiteld "Grote regionale kortegolfforcering door antropogeen methaan op basis van Jovian-waarnemingen." Het artikel geeft een grote regionale variabiliteit aan in de manier waarop methaan werkt als zonneabsorbeerder, vinden dat methaanabsorptie, of "stralingsforcering, " is grotendeels afhankelijk van heldere oppervlaktekenmerken en wolken.

"Als we de impact van methaanemissies op de planeet meten, we nemen ten onrechte aan dat het gemakkelijk is om lokaal genomen berekeningen van methaan toe te passen om te voorspellen welk effect het gas wereldwijd heeft, " zei William Collins, de hoofdauteur van de studie en directeur van de Climate and Ecosystems Sciences Division van Berkeley Lab. "Ons werk vertegenwoordigt het belang om rekening te houden met de impact die methaan en andere broeikasgassen hebben, niet alleen in het algemeen, maar met regionale zekerheid."

Als broeikasgassen, kooldioxide en methaan nemen voornamelijk warmte op, of langgolvige straling, uitgezonden naar de ruimte door de atmosfeer van de aarde. Echter, methaan en andere gassen absorberen ook binnenkomende zonne-energie, of kortegolfstraling, en zet het om in warmte, waardoor de atmosfeer met nog eens 25 procent wordt opgewarmd en tegelijkertijd het aardoppervlak wordt afgekoeld.

Er is meer bekend over kortegolfforcering door koolstofdioxide dan over methaan, grotendeels omdat de relatief complexe tetraëdrische vorm van methaan de fysieke absorptie-eigenschappen ervan extreem moeilijk maakt om in het laboratorium te kwantificeren. Het onderzoeksteam van Berkeley Lab ging na of eerdere klimaatbeoordelingen te lijden hadden van onzekerheden in berekeningen van antropogene kortegolfforcering door methaan, algemeen beschouwd als het op één na belangrijkste broeikasgas na de meer overvloedige koolstofdioxide vanwege de extreme potentie van methaan.

De wetenschappers analyseerden de methaanabsorptiegegevens van eerdere waarnemingen van de planeet Jupiter, en Titaan, de grootste maan van Saturnus. Concentraties van methaan in de atmosfeer van deze Jupiter-planeet en maan zijn minstens drie ordes van grootte groter dan die op aarde, waardoor het gemakkelijk is om absorptie-eigenschappen van methaan te detecteren met behulp van occultatiemetingen.

Deze analyse toonde aan dat schattingen van de forcering met behulp van de onvolledige methaanabsorptiegegevens van Earthbound-laboratoria overeenkomen met schattingen die gebruik maken van de veel uitgebreidere methaanabsorptiegegevens verzameld van Jupiter en Titan. Op basis van deze bevinding, de huidige spectroscopie is voldoende voor het berekenen van de stralingsforcering van methaan in historische klimaatanalyses en toekomstige projecties.

Hun werk legt ook een oplossing voor een voorheen onopgeloste kwestie dat klimaatmodellen de kortegolf stralingseffecten van methaan mogelijk onderschatten als gevolg van beperkingen van bestaande laboratoriummetingen van dit gas. De metingen van Jupiter en Titan laten zien dat het mogelijk is om de mate van stralingsforcering door methaan nauwkeurig te berekenen in klimaatbeoordelingen, en dat de huidige klimaatmodellen dat doen.

Het resultaat stelde het team vervolgens in staat om bestaande capaciteiten te gebruiken om de eerste wereldwijde ruimtelijk opgeloste berekeningen van deze forcering uit te voeren met realistische atmosferische en randvoorwaarden. Ze gingen verder dan de bestaande wereldwijde jaarlijkse gemiddelde schatting van methaanforcering door de seizoensgebonden en merkbare ruimtelijke variabiliteit ervan op te lossen.

Niet alle methaan is gelijk gemaakt

Hun analyse toonde aan dat methaanforcering helemaal niet ruimtelijk uniform is, en vertoont opmerkelijke regionale patronen. De meest opvallende bevinding van de eerste uitgebreide berekeningen van methaanforcering is dat woestijngebieden op lage breedtegraden heldere, blootgestelde oppervlakken die licht naar boven reflecteren om de absorberende eigenschappen van methaan te verbeteren, er kan een 10-voudige toename zijn in de gelokaliseerde kortegolfforcering van methaan.

Dit effect is het meest uitgesproken op locaties zoals de Sahara-woestijn of het Arabisch schiereiland. Deze regio's ontvangen het meeste zonlicht vanwege de nabijheid van de evenaar en hebben een uitzonderlijk lage relatieve vochtigheid, wat helpt om de effecten van methaan verder te versterken.

Bewolking bleek ook de stralingseffecten van het gas te beïnvloeden. Verhoogde forcering voor bovenliggende methaanwolken bleek tot bijna drie keer groter te zijn dan wereldwijde forcering op jaarbasis, en werden geassocieerd met de wolkendekken van de oceanische stratus ten westen van zuidelijk Afrika en Noord- en Zuid-Amerika en met de wolkensystemen in de intertropische convergentiezone nabij de evenaar. Wolken op grote hoogte kunnen de zonnestroom verminderen die op methaan in de lagere troposfeer valt, het verminderen van de forcering ten opzichte van heldere lucht, maar op bijna 90 procent van het aardoppervlak, stralingseffecten van wolken versterken de stralingsforcering van methaan.

De onderzoekers zijn van mening dat deze informatie over het effect van methaan op binnenkomende zonne-energie nuttig is voor het bevorderen van strategieën om klimaatverandering tegen te gaan, zowel om rekening te houden met de relatieve sterkte van het broeikaseffect tussen koolstofdioxide en methaan als voor het bepalen van de relatieve kwetsbaarheid van verschillende regio's over de hele wereld. wereld tot atmosferische opwarming.