Credito:NASA/Jesse Kirsch/per gentile concessione di Tracy Schohr
Oggi le fonti umane sono responsabili del 60% delle emissioni globali di metano, provenienti principalmente dalla combustione di combustibili fossili, dalla decomposizione nelle discariche e dal settore agricolo. Quasi un quarto delle emissioni di metano può essere attribuito all'agricoltura, gran parte della quale deriva dall'allevamento di bestiame. Anche la coltivazione del riso e lo spreco alimentare sono importanti fonti di metano agricolo, poiché quasi un terzo di tutto il cibo prodotto per il consumo umano viene perso o sprecato.
Alla NASA, gli scienziati studiano il bilancio globale del metano per comprendere meglio le fonti primarie delle emissioni di metano e come contribuiscono al cambiamento climatico. Oltre alle fonti umane, il metano viene prodotto anche in ambienti naturali. La principale fonte naturale di metano sono le zone umide, che contribuiscono per il 30% alle emissioni globali di metano. Altre fonti naturali di emissioni di metano includono gli oceani, le termiti, il permafrost, la vegetazione e gli incendi.
Le concentrazioni di metano nell'atmosfera sono più che raddoppiate dalla rivoluzione industriale a causa dell'uso intensivo di petrolio, gas e carbone, della crescente domanda di carne bovina e di prodotti lattiero-caseari e dell'aumento della produzione di cibo e rifiuti organici. Sebbene l'aumento delle concentrazioni di metano nell'atmosfera sia sensibilmente rallentato verso la fine del 20° secolo, le concentrazioni sono aumentate notevolmente dal 2006, probabilmente a causa dell'aumento delle emissioni derivanti dall'allevamento del bestiame, della rinnovata dipendenza dal gas naturale e, negli ultimi anni, dalle zone umide e dalle riscaldamento.
Il nuovo ritratto tridimensionale del metano della NASA mostra il secondo contributore mondiale al riscaldamento dell'effetto serra mentre viaggia attraverso l'atmosfera. Combinando più set di dati da inventari di emissioni e simulazioni di zone umide in un modello computerizzato ad alta risoluzione, i ricercatori ora hanno uno strumento aggiuntivo per comprendere questo gas complesso e il suo ruolo nel ciclo del carbonio della Terra, nella composizione atmosferica e nel sistema climatico. La nuova visualizzazione dei dati crea un quadro più completo della diversità delle fonti di metano sul suolo e del comportamento del gas mentre si muove attraverso l'atmosfera. Credito:NASA/Scientific Visualization Studio
L'effetto serra e il metano
I gas serra, compreso il metano, contribuiscono alle reazioni chimiche e ai feedback climatici. Le molecole di gas serra intrappolano l'energia solare agendo come una coperta termica. L'energia del sole viene assorbita dalla superficie terrestre, anche se parte di questa energia viene riflessa nell'atmosfera. L'energia assorbita viene riemessa anche alle lunghezze d'onda dell'infrarosso. Parte dell'energia riflessa e riemessa rientra nello spazio, ma il resto è intrappolato nell'atmosfera dai gas serra. Nel tempo, il calore catturato riscalda il nostro clima, aumentando le temperature globali.
I gas serra nella nostra atmosfera agiscono come una coperta che intrappola il calore del Sole. Ciò fa aumentare le temperature globali all'aumentare della quantità di gas serra. Credito:NASA/Jesse Kirsch
Gli aumenti di temperatura causati dall'uomo possono avere un impatto sul metano rilasciato da fonti naturali. Ad esempio, il permafrost può scongelarsi naturalmente ed emettere metano nell'atmosfera, ma gli esseri umani hanno aumentato la velocità con cui il permafrost si scongela a causa del riscaldamento causato dall'uomo.
Il metano è il secondo maggior contributore al mondo al riscaldamento globale, dopo l'anidride carbonica. Sebbene l'anidride carbonica sia più abbondante del metano nell'atmosfera, una singola molecola di metano intrappola il calore in modo più efficace di una singola molecola di anidride carbonica.
Tuttavia, la vita di una molecola di metano è più breve di una molecola di anidride carbonica a causa di processi chimici naturali che sono più veloci nell'eliminare il metano dall'atmosfera rispetto all'anidride carbonica. Ciò significa che se le emissioni di metano dovessero diminuire e il naturale lavaggio chimico del metano mantenuto, il metano atmosferico potrebbe diminuire drasticamente in soli dieci anni. La diminuzione della quantità di metano immessa nell'atmosfera potrebbe avere un impatto significativo e quasi immediato sulla riduzione degli effetti a breve termine dei cambiamenti climatici e potrebbe contribuire a mantenere il cambiamento della temperatura globale al di sotto dei 2 gradi Celsius.
Perché le mucche producono metano
I bovini, come le mucche da latte o i bovini da carne, producono metano come sottoprodotto della digestione. I bovini sono animali ruminanti, il che significa che hanno sistemi digestivi specializzati che consentono loro di elaborare cibi che non possono essere digeriti dall'uomo e dalla maggior parte degli altri animali, come erba fresca e grano crudo. Quando il cibo entra nello stomaco di un bovino, subisce un processo chiamato fermentazione enterica :microbi e batteri distruggono parzialmente le particelle di cibo, che poi fermentano nella parte dello stomaco chiamata rumine. Mentre le particelle di cibo fermentano, producono metano. Ogni volta che il bestiame rutta - e, in misura minore, flatula - il metano viene espulso ed entra nell'atmosfera, dove funge da gas serra.
Fatti veloci sul metano:il metano è responsabile del 20% del riscaldamento globale dalla rivoluzione industriale; Nel 2018, il sistema alimentare ha contribuito per il 33% a tutte le emissioni di GHG causate dall'uomo; Nel 2015, il bestiame ha contribuito al 10% delle emissioni di metano degli Stati Uniti; Il metano è circa 30 volte più potente della CO2 nell'arco di un secolo; L'Europa e l'Artico sono le uniche due regioni le cui emissioni di metano sono diminuite dal 2000 al 2018; Le concentrazioni atmosferiche di metano sono più che raddoppiate negli ultimi 200 anni. Credito:NASA/Jesse Kirsch
Gli occhi della NASA sul metano
Sebbene le concentrazioni di metano siano ben osservate, le emissioni devono essere dedotte in base a una varietà di fattori. Gli scienziati della NASA utilizzano una varietà di metodi per monitorare le emissioni di metano. Per ottenere le stime più accurate possibili, utilizzano inventari delle emissioni di paesi di tutto il mondo, simulano le emissioni di metano delle zone umide e combinano questi dati con dati terrestri, aerei e satellitari utilizzando modelli atmosferici.
In California (e in alcune altre regioni), i ricercatori pilotano velivoli equipaggiati con l'Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer - Next Generation o AVIRIS-NG della NASA e raccolgono dati altamente calibrati. Questi dati vengono utilizzati nel California Methane Survey, un progetto finanziato congiuntamente dalla NASA, dal California Air Resources Board e dalla California Energy Commission per identificare e segnalare rapidamente le perdite di metano.
In Alaska e nel Canada nordoccidentale, i ricercatori della NASA utilizzano satelliti, aerei e ricerche sul campo per comprendere meglio le emissioni di metano dovute allo scongelamento del permafrost nell'ambito dell'Arctic Boreal and Vulnerability Experiment, o ABoVE. I ricercatori hanno scoperto che il permafrost ricco di carbonio si sta scongelando a tassi sempre più elevati, probabilmente a causa del cambiamento climatico indotto dall'uomo, rendendo l'Artico un'importante fonte potenziale di emissioni di metano. Secondo stime scientifiche, i suoli di questa regione immagazzinano cinque volte più carbonio di quanto non sia stato emesso da tutte le attività umane negli ultimi 200 anni.
I ricercatori della NASA combinano i dati di missioni come ABoVE e il California Methane Survey con la loro conoscenza di come si comporta il metano nell'atmosfera per creare modelli computerizzati di metano. Questi modelli possono aiutare scienziati e responsabili politici a comprendere i modelli di metano atmosferico passati, attuali e futuri.
Percorsi verso la riduzione delle emissioni di metano
I ricercatori in una varietà di campi hanno esaminato potenziali soluzioni per ridurre le emissioni globali di metano. Ad esempio, i sistemi a biogas riducono le emissioni di metano trasformando i rifiuti di bestiame, colture, acqua e cibo in energia. Il biogas viene prodotto attraverso lo stesso processo naturale che avviene nelle discariche per abbattere i rifiuti organici. Tuttavia, i sistemi di biogas sfruttano il gas che viene prodotto e lo utilizzano come fonte di energia pulita, rinnovabile e affidabile anziché lasciarlo rilasciare nell'atmosfera come gas serra.
Uno studio condotto dal professor Ermias Kebreab dell'Università della California-Davis ha scoperto che l'introduzione di alcune once di alghe nelle diete dei bovini da carne potrebbe ridurre le loro emissioni di metano di oltre l'82%.
Questi tipi di innovazioni tecnologiche e biologiche possono fornire a decisori, allevatori e altri più opzioni per la gestione del nostro futuro metano.
