Permafrost in de bodem en methaanhydraten diep in de oceaan zijn grote reservoirs van oude koolstof. Naarmate de temperatuur van de bodem en de oceaan stijgt, de reservoirs hebben het potentieel om af te breken, waarbij enorme hoeveelheden van het krachtige broeikasgas methaan vrijkomen. Maar zou dit methaan echt in de atmosfeer terechtkomen?

Onderzoekers van de Universiteit van Rochester, waaronder Michael Dyonisius, een afgestudeerde student in het laboratorium van Vasilii Petrenko, hoogleraar aard- en milieuwetenschappen - en hun medewerkers bestudeerden methaanemissies uit een periode in de geschiedenis van de aarde die deels analoog was aan de opwarming van de aarde vandaag. Hun onderzoek, gepubliceerd in Wetenschap , geeft aan dat zelfs als methaan vrijkomt uit deze grote natuurlijke opslagplaatsen als reactie op opwarming, heel weinig bereikt de atmosfeer.

"Een van onze uitgangspunten is dat we ons meer zorgen moeten maken over de antropogene emissies - die afkomstig zijn van menselijke activiteiten - dan de natuurlijke feedback, ' zegt Dyonisius.

Wat zijn methaanhydraten en permafrost?

Als planten doodgaan, ze ontleden in op koolstof gebaseerde organische stof in de bodem. In extreem koude omstandigheden, de koolstof in de organische stof bevriest en komt vast te zitten in plaats van in de atmosfeer te worden uitgestoten. Dit vormt permafrost, grond die al meer dan een jaar ononderbroken bevroren is geweest, zelfs in de zomer. Permafrost komt vooral voor op het land, voornamelijk in Siberië, Alaska, en Noord-Canada.

Samen met organische koolstof, er is ook een overvloed aan waterijs in permafrost. Als de permafrost ontdooit bij stijgende temperaturen, het ijs smelt en de onderliggende grond raakt drassig, helpen om zuurstofarme omstandigheden te creëren - de perfecte omgeving voor microben in de bodem om de koolstof te consumeren en methaan te produceren.

Methaanhydraten, anderzijds, worden meestal gevonden in oceaansedimenten langs de continentale randen. In methaanhydraten, kooien van watermoleculen vangen methaanmoleculen op. Methaanhydraten kunnen zich alleen vormen onder hoge drukken en lage temperaturen, ze worden dus vooral diep in de oceaan gevonden. Als de oceaantemperatuur stijgt, net als de temperatuur van de oceaansedimenten waar de methaanhydraten zich bevinden. De hydraten zullen dan destabiliseren, uit elkaar vallen, en laat het methaangas vrij.

"Als zelfs maar een fractie daarvan snel destabiliseert en dat methaan wordt overgebracht naar de atmosfeer, we zouden een enorme broeikaseffect hebben omdat methaan zo'n krachtig broeikasgas is, " Zegt Petrenko. "De zorg heeft echt te maken met het vrijgeven van een werkelijk enorme hoeveelheid koolstof uit deze voorraden in de atmosfeer terwijl het klimaat blijft opwarmen."

Gegevens verzamelen uit ijskernen

Om te bepalen hoeveel methaan uit oude koolstofafzettingen zou kunnen vrijkomen in de atmosfeer bij opwarmende omstandigheden, Dyonisius en zijn collega's wendden zich tot patronen in het verleden van de aarde. Ze boorden en verzamelden ijskernen van Taylor Glacier op Antarctica. De ijskernmonsters werken als tijdcapsules:ze bevatten kleine luchtbelletjes met daarin kleine hoeveelheden oude lucht. De onderzoekers gebruiken een smeltkamer om de oude lucht uit de bubbels te halen en bestuderen vervolgens de chemische samenstelling ervan.

Dyonisius' onderzoek richtte zich op het meten van de samenstelling van lucht vanaf de tijd van de laatste deglaciatie van de aarde, 8, 000-15, 000 jaar geleden.

"De tijdsperiode is gedeeltelijk analoog aan vandaag, toen de aarde van een koude toestand naar een warmere toestand ging, "zegt Dyonisius. "Maar tijdens de laatste deglaciatie, de verandering was natuurlijk. Nu wordt de verandering gedreven door menselijke activiteit, en we gaan van een warme staat naar een nog warmere staat."

Analyse van de koolstof-14-isotoop van methaan in de monsters, de groep ontdekte dat de methaanemissies van de oude koolstofreservoirs klein waren. Dus, Dyonisius concludeert, "de kans dat deze oude koolstofreservoirs destabiliseren en een grote positieve opwarmingsfeedback creëren in de huidige tijd is ook laag."

Dyonisius en zijn medewerkers concludeerden ook dat het vrijgekomen methaan niet in grote hoeveelheden de atmosfeer bereikt. De onderzoekers denken dat dit te wijten is aan verschillende natuurlijke 'buffers'.

Buffers beschermen tegen lozing in de atmosfeer

In het geval van methaanhydraten, als het methaan vrijkomt in de diepe oceaan, het meeste wordt opgelost en geoxideerd door oceaanmicroben voordat het ooit de atmosfeer bereikt. Als het methaan in permafrost zich diep genoeg in de grond vormt, het kan worden geoxideerd door bacteriën die het methaan opeten, of de koolstof in de permafrost verandert misschien nooit in methaan en kan in plaats daarvan vrijkomen als koolstofdioxide.

"Het lijkt erop dat welke natuurlijke buffers er ook zijn, ervoor zorgen dat er niet veel methaan vrijkomt, ' zegt Petrenko.

De gegevens laten ook zien dat de methaanemissies van wetlands zijn toegenomen als reactie op de klimaatverandering tijdens de laatste deglaciatie, en het is waarschijnlijk dat de uitstoot van wetland zal toenemen naarmate de wereld vandaag verder opwarmt.

Toch, Petrenko zegt, "antropogene methaanemissies zijn momenteel ongeveer een factor twee groter dan de emissies van wetlands, en onze gegevens laten zien dat we ons minder zorgen hoeven te maken over grote methaanuitstoot uit grote koolstofreservoirs als reactie op toekomstige opwarming; we zouden ons meer zorgen moeten maken over methaan dat vrijkomt bij menselijke activiteiten."