Źródło:NASA/Jesse Kirsch/dzięki uprzejmości Tracy Schohr
Obecnie źródła ludzkie są odpowiedzialne za 60% globalnej emisji metanu, pochodzącej przede wszystkim ze spalania paliw kopalnych, rozkładu na wysypiskach oraz sektora rolnictwa. Prawie jedną czwartą emisji metanu można przypisać rolnictwu, z których większość pochodzi z hodowli zwierząt gospodarskich. Uprawa ryżu i odpady żywnościowe są również ważnymi źródłami metanu rolniczego, ponieważ prawie jedna trzecia całej żywności produkowanej do spożycia przez ludzi jest tracona lub marnowana.
W NASA naukowcy badają globalny budżet metanu, aby lepiej zrozumieć podstawowe źródła emisji metanu i sposób, w jaki przyczyniają się one do zmiany klimatu. Oprócz źródeł ludzkich metan jest również produkowany w środowisku naturalnym. Największym naturalnym źródłem metanu są tereny podmokłe, które odpowiadają za 30% globalnej emisji metanu. Inne naturalne źródła emisji metanu to oceany, termity, wieczna zmarzlina, roślinność i pożary.
Stężenia metanu w atmosferze wzrosły ponad dwukrotnie od czasu rewolucji przemysłowej z powodu intensywnego zużycia ropy naftowej, gazu i węgla, rosnącego zapotrzebowania na wołowinę i produkty mleczne oraz zwiększonej produkcji żywności i odpadów organicznych. Chociaż wzrost stężeń metanu w atmosferze wyraźnie zwolnił pod koniec XX wieku, od 2006 r. koncentracje znacznie wzrosły, prawdopodobnie w wyniku rosnących emisji z hodowli zwierząt gospodarskich, ponownego uzależnienia od gazu ziemnego, a w ostatnich latach z terenów podmokłych i globalnych ocieplenie.
Nowy trójwymiarowy portret metanu opracowany przez NASA ukazuje drugiego co do wielkości na świecie czynnik przyczyniający się do ocieplenia klimatu podczas przechodzenia przez atmosferę. Łącząc wiele zestawów danych z inwentaryzacji emisji i symulacji terenów podmokłych w model komputerowy o wysokiej rozdzielczości, naukowcy mają teraz dodatkowe narzędzie do zrozumienia tego złożonego gazu i jego roli w cyklu węglowym Ziemi, składzie atmosfery i systemie klimatycznym. Nowa wizualizacja danych buduje pełniejszy obraz różnorodności źródeł metanu na ziemi, a także zachowania gazu podczas przemieszczania się w atmosferze. Źródło:NASA/Scientific Visualization Studio
Efekt cieplarniany i metan
Gazy cieplarniane, w tym metan, przyczyniają się do reakcji chemicznych i sprzężeń klimatycznych. Cząsteczki gazów cieplarnianych zatrzymują energię słoneczną, działając jak koc termiczny. Energia słoneczna jest pochłaniana przez powierzchnię Ziemi, choć część tej energii odbija się w atmosferze. Pochłonięta energia jest również ponownie emitowana w zakresie fal podczerwonych. Część odbitej i ponownie wyemitowanej energii ponownie wchodzi w kosmos, ale reszta jest uwięziona w atmosferze przez gazy cieplarniane. Z czasem przechwycone ciepło ociepla nasz klimat, podnosząc globalne temperatury.
Gazy cieplarniane w naszej atmosferze działają jak koc zatrzymujący ciepło słoneczne. Powoduje to wzrost globalnych temperatur wraz ze wzrostem ilości gazów cieplarnianych. Źródło:NASA/Jesse Kirsch
Wzrost temperatury spowodowany przez człowieka może mieć wpływ na uwalnianie metanu ze źródeł naturalnych. Na przykład wieczna zmarzlina może naturalnie topnieć i emitować metan do atmosfery, ale ludzie przyspieszyli topnienie wiecznej zmarzliny z powodu ocieplenia spowodowanego przez człowieka.
Metan jest drugim co do wielkości na świecie czynnikiem przyczyniającym się do globalnego ocieplenia, po dwutlenku węgla. Chociaż dwutlenek węgla występuje w atmosferze w większej ilości niż metan, pojedyncza cząsteczka metanu skuteczniej zatrzymuje ciepło niż pojedyncza cząsteczka dwutlenku węgla.
Jednak czas życia cząsteczki metanu jest krótszy niż cząsteczki dwutlenku węgla ze względu na naturalne procesy chemiczne, które szybciej wypłukują metan z atmosfery niż dwutlenek węgla. Oznacza to, że gdyby emisje metanu spadły, a naturalne chemiczne oczyszczanie metanu zostało utrzymane, ilość metanu atmosferycznego mogłaby się drastycznie zmniejszyć w ciągu zaledwie dziesięciu lat. Zmniejszenie ilości metanu wprowadzanego do atmosfery może mieć znaczący i niemal natychmiastowy wpływ na zmniejszenie krótkoterminowych skutków zmian klimatu i może przyczynić się do utrzymania globalnej zmiany temperatury poniżej 2 stopni Celsjusza.
Dlaczego krowy produkują metan
Bydło, takie jak krowy mleczne lub bydło mięsne, wytwarza metan jako produkt uboczny trawienia. Bydło to przeżuwacze, co oznacza, że mają wyspecjalizowany układ trawienny, który pozwala im przetwarzać pokarmy, których ludzie i większość innych zwierząt nie mogą strawić, takie jak świeża trawa i niegotowane ziarno. Gdy żywność trafia do żołądka bydła, przechodzi proces zwany fermentacją jelitową :drobnoustroje i bakterie częściowo rozkładają cząsteczki pokarmu, które następnie fermentują w części żołądka zwanej żwaczem. Podczas fermentacji cząsteczki żywności wytwarzają metan. Za każdym razem, gdy bydło beka – i, w mniejszym stopniu, wzdycha – metan jest wyrzucany i dostaje się do atmosfery, gdzie działa jak gaz cieplarniany.
Szybkie fakty dotyczące metanu:Metan odpowiada za 20% globalnego ocieplenia od czasu rewolucji przemysłowej; W 2018 r. system żywnościowy odpowiadał za 33% wszystkich emisji gazów cieplarnianych spowodowanych przez człowieka; W 2015 r. hodowla przyczyniła się do 10% emisji metanu w USA; Metan jest około 30 razy silniejszy niż CO2 na przestrzeni wieku; Europa i Arktyka to jedyne dwa regiony, w których emisje metanu zmniejszyły się od 2000 do 2018 roku; Stężenia metanu w atmosferze wzrosły ponad dwukrotnie w ciągu ostatnich 200 lat. Źródło:NASA/Jesse Kirsch
Oczy NASA na metanie
Chociaż stężenia metanu są dobrze obserwowane, emisje należy wywnioskować na podstawie różnych czynników. Naukowcy NASA stosują różne metody śledzenia emisji metanu. Aby uzyskać jak najdokładniejsze szacunki, wykorzystują inwentaryzacje emisji z krajów na całym świecie, symulują emisje metanu z terenów podmokłych i łączą je z danymi naziemnymi, powietrznymi i satelitarnymi przy użyciu modeli atmosferycznych.
W Kalifornii (i niektórych innych regionach) naukowcy latają samolotami wyposażonymi w NASA Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer – Next Generation lub AVIRIS-NG i zbierają wysoce skalibrowane dane. Dane te są wykorzystywane w California Metane Survey, projekcie finansowanym wspólnie przez NASA, Kalifornijską Radę Zasobów Powietrznych i Kalifornijską Komisję Energetyczną do szybkiego identyfikowania i zgłaszania wycieków metanu.
Na Alasce i północno-zachodniej Kanadzie naukowcy NASA wykorzystują satelity, samoloty i badania terenowe, aby lepiej zrozumieć emisje metanu z rozmrażania wiecznej zmarzliny w ramach Eksperymentu Arktycznego Borealnego i Podatności (ABOVE). Naukowcy odkryli, że wieczna zmarzlina bogata w węgiel rozmraża się w coraz szybszym tempie, prawdopodobnie w wyniku zmiany klimatu wywołanej przez człowieka, co sprawia, że Arktyka jest ważnym potencjalnym źródłem emisji metanu. Według naukowych szacunków gleby w tym regionie przechowują pięć razy więcej węgla niż zostało wyemitowane przez całą działalność człowieka w ciągu ostatnich 200 lat.
Naukowcy z NASA łączą dane z misji takich jak ABoVE i California Metane Survey ze swoją wiedzą na temat zachowania metanu w atmosferze, aby stworzyć modele komputerowe metanu. Modele te mogą pomóc naukowcom i decydentom zrozumieć przeszłe, obecne i przyszłe wzorce metanu atmosferycznego.
Ścieżki prowadzące do zmniejszenia emisji metanu
Naukowcy z różnych dziedzin przyjrzeli się potencjalnym rozwiązaniom zmniejszania globalnej emisji metanu. Na przykład systemy biogazowe redukują emisje metanu poprzez przekształcanie w energię odpadów pochodzących z hodowli, upraw, wody i żywności. Biogaz jest produkowany w tym samym naturalnym procesie, który zachodzi na składowiskach, aby rozłożyć odpady organiczne. Jednak systemy biogazowe wykorzystują wytwarzany gaz i wykorzystują go jako czyste, odnawialne i niezawodne źródło energii, a nie uwalniają go do atmosfery jako gaz cieplarniany.
Badanie prowadzone przez profesora Ermiasa Kebreaba z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis wykazało, że wprowadzenie kilku uncji wodorostów do diety bydła mięsnego może zmniejszyć emisje metanu o ponad 82%.
Tego rodzaju innowacje technologiczne – i biologiczne – mogą zapewnić decydentom, hodowcom i innym więcej opcji zarządzania naszym przyszłym metanem.
