Forskere finder, at de globale metanudledninger fra havet domineres af lavt kystvand

Metan er en potent drivhusgas, der tilføres atmosfæren gennem både naturlige processer og menneskelige aktiviteter, såsom energiproduktion og landbrug.

For at forudsige virkningerne af menneskelige emissioner, forskere har brug for et komplet billede af atmosfærens metankredsløb. De har brug for at kende størrelsen af ​​input - både naturlige og menneskelige - såvel som output. De skal også vide, hvor længe metan findes i atmosfæren.

For at hjælpe med at udvikle denne forståelse, Tom Weber, en assisterende professor i jord- og miljøvidenskab ved University of Rochester; bachelorforsker Nicola Wiseman '18, nu kandidatstuderende ved University of California, Irvine; og deres kollega Annette Kock ved GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research i Tyskland, brugt datavidenskab til at bestemme, hvor meget metan der udsendes fra havet til atmosfæren hvert år. Deres resultater, offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , udfylde et langvarigt hul i metankredsløbsforskningen og vil hjælpe klimaforskere med bedre at vurdere omfanget af menneskelige forstyrrelser. Undersøgelsen er en del af Webers indsats for at bruge datavidenskab til bedre at forstå, hvordan forskellige drivhusgasser, herunder nitrogen og kuldioxid, påvirke de globale klimasystemer.

Pas på metanbudgettet

Hvert tredje år, en international gruppe af klimaforskere kaldet Global Carbon Project opdaterer det, der er kendt som metanbudgettet. Metanbudgettet afspejler den nuværende forståelse af input og output i den globale metancyklus. Den blev sidst opdateret i 2016.

"Metanbudgettet hjælper os med at sætte menneskelige metanudledninger i sammenhæng og giver en baseline, som vi kan vurdere fremtidige ændringer i forhold til, " siger Weber. "I tidligere metanbudgetter, havet har været et meget usikkert begreb. Vi ved, at havet naturligt frigiver metan til atmosfæren, men vi ved ikke nødvendigvis hvor meget."

I metanbudgettet, hvis et udtryk er usikkert, det tilføjer usikkerhed til alle de andre udtryk, og begrænser forskernes evne til at forudsige, hvordan det globale metansystem kan ændre sig. Af den grund, at komme med et mere præcist estimat af oceaniske metan-emissioner har været et vigtigt mål for metankredsløbsforskningen i mange år.

Men, Weber siger, "det er ikke nemt." Fordi havet er så stort, kun små dele af det er blevet udtaget for metan, hvilket betyder, at data er knappe.

Vender sig til maskinlæringsmodeller

For at overvinde denne begrænsning, Weber og Wiseman kompilerede alle de tilgængelige metandata fra havet og indførte dem i maskinlæringsmodeller - computeralgoritmer designet til mønstergenkendelse. Disse modeller var i stand til at genkende systematiske mønstre i metandataene, giver forskerne mulighed for at forudsige, hvad emissionerne sandsynligvis vil være, selv i regioner, hvor der ikke er foretaget direkte observationer.

"Vores tilgang gjorde det muligt for os at fastlægge den globale havudledningsrate meget mere præcist end nogensinde før, " siger Weber.

Den nyeste version af metanbudgettet vil blive frigivet senere i år og inkorporerer resultaterne fra Webers papir, give forskere en bedre forståelse af, hvordan metan kredser i hele jordens system.

Hvor er havets metanudledning mest koncentreret?

Ud over at bidrage til en bedre forståelse af det globale metanbudget, undersøgelsen gav to andre interessante resultater:

-Først, meget lavvandede kystnære farvande bidrager med omkring 50 procent af de samlede metan-emissioner fra havet, på trods af, at de kun udgør 5 procent af havarealet. Det skyldes, at metan kan sive ud af naturgasreservoirer langs kontinentale marginer og kan produceres biologisk i anoxiske (iltfattige) sedimenter ved havbunden. På dybt vand, metan vil sandsynligvis blive oxideret, når det rejser sin lange rute fra havbunden til atmosfæren. Men i lavt vand, der er en hurtig vej til atmosfæren, og metan slipper ud, før det oxideres. Weber samarbejder i øjeblikket med John Kessler, en professor i jord- og miljøvidenskab ved Rochester, at løse de resterende usikkerheder i kystnære metanudledninger ved at gennemføre forskningstogter og videreudvikle maskinlæringsmodeller.

-Sekund, metan udviser et rumligt mønster, der meget ligner det for fytoplanktonoverflod, som understøtter en kontroversiel nylig hypotese om, at plankton producerer metan i overfladehavet. Tidligere, forskere troede, at metan kun kunne produceres under de anoxiske forhold, der findes på bunden af ​​havet. "Beviser akkumuleres gradvist for at vælte det paradigme, og vores papir tilføjer en vigtig brik, " siger Weber.

Hver naturlig kilde til metan er sandsynligvis også følsom over for klimaændringer, og det er vigtigt for forskere at have en præcis baseline.

"Der er en række grunde til at tro, at havet kan blive en større kilde til metan i fremtiden, men medmindre vi har et godt skøn over, hvor meget det udsender lige nu, vi vil aldrig være til at identificere disse fremtidige ændringer, " siger Weber.