NASA's nieuwe driedimensionale portret van methaanconcentraties toont 's werelds op een na grootste bijdrage aan de opwarming van de aarde, de diversiteit aan bronnen ter plaatse, en het gedrag van het gas terwijl het door de atmosfeer beweegt. Door meerdere datasets uit emissie-inventarissen te combineren, inclusief fossiele brandstof, landbouw, biomassaverbranding en biobrandstoffen, en simulaties van wetlandbronnen in een computermodel met hoge resolutie, onderzoekers hebben nu een extra hulpmiddel om dit complexe gas en zijn rol in de koolstofcyclus van de aarde te begrijpen, atmosferische compositie, en klimaatsysteem.

Sinds de industriële revolutie, methaanconcentraties in de atmosfeer zijn meer dan verdubbeld. Na kooldioxide, methaan is het op één na meest invloedrijke broeikasgas, verantwoordelijk voor 20 tot 30% van de stijgende temperaturen op aarde tot nu toe.

"Er is een dringende noodzaak om te begrijpen waar de bronnen vandaan komen, zodat we beter voorbereid kunnen zijn om de methaanemissies te verminderen waar er mogelijkheden zijn om dat te doen, " zei onderzoeker Ben Poulter van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

Een enkel molecuul methaan is efficiënter in het vasthouden van warmte dan een molecuul koolstofdioxide, maar omdat de levensduur van methaan in de atmosfeer korter is en de kooldioxideconcentraties veel hoger, kooldioxide blijft nog steeds de belangrijkste oorzaak van klimaatverandering. Methaan heeft ook veel meer bronnen dan koolstofdioxide, deze omvatten de energie- en landbouwsectoren, evenals natuurlijke bronnen uit verschillende soorten wetlands en waterlichamen.

"Methaan is een gas dat onder anaërobe omstandigheden wordt geproduceerd, dus dat betekent dat als er geen zuurstof beschikbaar is, je zult waarschijnlijk zien dat er methaan wordt geproduceerd, " zei Poulter. Naast activiteiten op het gebied van fossiele brandstoffen, voornamelijk uit de kolen, olie- en gassectoren, bronnen van methaan omvatten ook de oceaan, overstroomde bodems in begroeide wetlands langs rivieren en meren, landbouw, zoals rijstteelt, en de magen van herkauwers, inclusief vee.

"Naar schatting is tot 60% van de huidige methaanstroom van het land naar de atmosfeer het resultaat van menselijke activiteiten, " zei Abhishek Chatterjee, een koolstofcycluswetenschapper bij de Universities Space Research Association gevestigd in Goddard. "Vergelijkbaar met koolstofdioxide, menselijke activiteit gedurende lange perioden verhoogt de atmosferische methaanconcentraties sneller dan de verwijdering uit natuurlijke 'putten' dit kan compenseren. Terwijl de menselijke populaties blijven groeien, veranderingen in energieverbruik, landbouw en rijstteelt, veeteelt zal de methaanemissies beïnvloeden. Echter, het is moeilijk om toekomstige trends te voorspellen vanwege zowel een gebrek aan metingen als een onvolledig begrip van de koolstofklimaatfeedback."

Onderzoekers gebruiken computermodellen om een ​​completer beeld te krijgen van methaan, zei onderzoeksmeteoroloog Lesley Ott van het Global Modeling and Assimilation Office bij Goddard. "We hebben stukken die ons vertellen over de uitstoot, we hebben stukken die ons iets vertellen over de atmosferische concentraties, en de modellen zijn in feite het ontbrekende stuk dat dat alles samenbindt en ons helpt te begrijpen waar het methaan vandaan komt en waar het naartoe gaat."

Om een ​​globaal beeld van methaan te creëren, Ott, Chatterjee, Poulter en hun collega's gebruikten methaangegevens uit emissie-inventarissen gerapporteerd door landen, NASA veldcampagnes, zoals het Arctic Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE) en observaties van de Greenhouse Gases Observing Satellite (GOSAT Ibuki) van de Japanse ruimtevaartorganisatie en het Tropospheric Monitoring Instrument aan boord van de Sentinel-5P-satelliet van de European Space Agency. Ze combineerden de datasets met een computermodel dat de methaanemissies schat op basis van bekende processen voor bepaalde soorten landbedekking, zoals wetlands. Het model simuleert ook de atmosferische chemie die methaan afbreekt en uit de lucht haalt. Vervolgens gebruikten ze een weermodel om te zien hoe methaan reisde en zich in de loop van de tijd in de atmosfeer gedroeg.

De datavisualisatie van hun resultaten toont de etherische bewegingen van methaan en verlicht de complexiteit ervan, zowel in de ruimte over verschillende landschappen als met de seizoenen. Zodra de methaanemissies in de atmosfeer zijn verheven, winden op grote hoogte kunnen het ver buiten hun bronnen transporteren.

Toen ze de gegevens voor het eerst gevisualiseerd zagen, een aantal locaties sprongen eruit.

In zuid Amerika, het stroomgebied van de Amazone en de aangrenzende wetlands overstromen per seizoen, het creëren van een zuurstofarme omgeving die een belangrijke bron van methaan is. wereldwijd, ongeveer 60% van de methaanemissies komt uit de tropen, dus het is belangrijk om de verschillende menselijke en natuurlijke bronnen te begrijpen, zei Poulter.

boven Europa, het methaansignaal is niet zo sterk als over de Amazone. Europese methaanbronnen worden beïnvloed door de menselijke bevolking en de exploratie en het transport van olie, gas en kolen uit de energiesector.

In India, rijstteelt en veeteelt zijn de twee drijvende bronnen van methaan. "Landbouw is verantwoordelijk voor ongeveer 20% van de wereldwijde methaanemissies en omvat darmfermentatie, dat is de verwerking van voedsel in de ingewanden van vee, hoofdzakelijk, maar omvat ook hoe we omgaan met de afvalproducten die afkomstig zijn van vee en andere landbouwactiviteiten, ’ zei Poulter.

De economische expansie en de grote bevolking van China zorgen voor een grote vraag naar olie, gas- en kolenexploratie voor zowel de industrie als de landbouwproductie, die de onderliggende bronnen van methaan zijn.

De Arctische en hoge breedtegraden zijn verantwoordelijk voor ongeveer 20% van de wereldwijde methaanemissies. "Wat gebeurt er in het noordpoolgebied, blijft niet altijd in het noordpoolgebied, " zei Ott. "Er is een enorme hoeveelheid koolstof opgeslagen in de noordelijke hoge breedtegraden. Een van de dingen waar wetenschappers zich echt zorgen over maken, is of, als de grond warm wordt, meer van die koolstof zou kunnen worden vrijgegeven aan de atmosfeer. Direct, wat je in deze visualisatie ziet zijn niet erg sterke pulsen van methaan, maar we houden dat nauwlettend in de gaten omdat we weten dat dit een plaats is die snel verandert en die in de loop van de tijd dramatisch kan veranderen."

"Een van de uitdagingen bij het begrijpen van het wereldwijde methaanbudget was om het atmosferische perspectief op waar we denken dat methaan wordt geproduceerd te verzoenen met het bottom-up perspectief, of hoe we rapportage op landniveau of landoppervlakmodellen gebruiken om methaanemissies te schatten, " zei Poulter. "De visualisatie die we hier hebben, kan ons helpen deze top-down en bottom-up discrepantie te begrijpen en ons ook helpen de onzekerheden in ons begrip van het wereldwijde methaanbudget te verminderen door ons visuele aanwijzingen en een kwalitatief begrip te geven van hoe methaan beweegt door de atmosfeer en waar het wordt geproduceerd."

De modelgegevens van methaanbronnen en transport zullen ook helpen bij de planning van zowel toekomstige veld- als satellietmissies. Momenteel, NASA heeft een geplande satelliet genaamd GeoCarb die rond 2023 zal worden gelanceerd om geostationaire ruimtegebaseerde observaties van methaan in de atmosfeer over een groot deel van het westelijk halfrond te bieden.