Ny 3D-visning af metanspor kilder

NASAs nye tredimensionelle portræt af metankoncentrationer viser verdens næststørste bidragyder til drivhusopvarmning, mangfoldigheden af ​​kilder på stedet, og gasens adfærd, når den bevæger sig gennem atmosfæren. Kombination af flere datasæt fra emissionsopgørelser, herunder fossilt brændstof, landbrugs, biomasseforbrænding og biobrændstoffer, og simuleringer af vådområder til en computermodel i høj opløsning, forskere har nu et ekstra værktøj til at forstå denne komplekse gas og dens rolle i Jordens kulstofcyklus, atmosfærisk sammensætning, og klimasystem.

Siden den industrielle revolution, metankoncentrationer i atmosfæren er mere end fordoblet. Efter kuldioxid, metan er den næst mest indflydelsesrige drivhusgas, ansvarlig for 20 til 30% af Jordens stigende temperaturer til dato.

"Det haster med at forstå, hvor kilderne kommer fra, så vi kan være bedre forberedt på at afbøde metanemissioner, hvor der er muligheder for det, "sagde forsker Ben Poulter ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland.

Et enkelt molekyle methan er mere effektivt til at fange varme end et molekyle af kuldioxid, men fordi metans levetid i atmosfæren er kortere, og kuldioxidkoncentrationer er meget højere, kuldioxid er stadig den største bidragyder til klimaforandringerne. Metan har også mange flere kilder end kuldioxid, disse omfatter energi- og landbrugssektoren, samt naturlige kilder fra forskellige typer vådområder og vandområder.

"Metan er en gas, der produceres under anaerobe forhold, så det betyder, at når der ikke er ilt tilgængeligt, du finder sandsynligvis metan, der produceres, "sagde Poulter. Ud over aktiviteter med fossilt brændsel, primært fra kul, olie- og gassektorer, metankilder omfatter også havet, oversvømmet jord i bevoksede vådområder langs floder og søer, landbrug, såsom dyrkning af ris, og maven på drøvtyggere, herunder kvæg.

"Det anslås, at op til 60% af den nuværende metanstrøm fra land til atmosfæren er et resultat af menneskelige aktiviteter, "sagde Abhishek Chatterjee, en kulstofcyklusforsker med Universities Space Research Association baseret på Goddard. "Ligesom kuldioxid, menneskelig aktivitet over lange tidsperioder øger atmosfæriske metankoncentrationer hurtigere end fjernelse fra naturlige 'dræn' kan opveje det. Efterhånden som menneskelige befolkninger fortsætter med at vokse, ændringer i energiforbruget, landbrug og risdyrkning, husdyropdræt vil påvirke metanemissioner. Imidlertid, det er svært at forudsige fremtidige tendenser på grund af både mangel på målinger og ufuldstændig forståelse af CO2-klima-feedbacks. "

Forskere bruger computermodeller til at forsøge at bygge et mere komplet billede af metan, sagde forskningsmeteorolog Lesley Ott med Global Modeling and Assimilation Office på Goddard. "Vi har stykker, der fortæller os om emissionerne, vi har stykker, der fortæller os noget om de atmosfæriske koncentrationer, og modellerne er i bund og grund det manglende stykke, der binder alt det sammen og hjælper os med at forstå, hvor metanen kommer fra, og hvor den skal hen. "

For at skabe et globalt billede af metan, Ott, Chatterjee, Poulter og deres kolleger brugte metandata fra emissionsopgørelser rapporteret af lande, NASA feltekampagner, som Arctic Boreal Vulnerability Experiment (ABoVE) og observationer fra det japanske rumagenturs drivhusgasser, der observerer satellit (GOSAT Ibuki) og det troposfæriske overvågningsinstrument ombord på European Space Agency's Sentinel-5P satellit. De kombinerede datasættene med en computermodel, der estimerer metanemissioner baseret på kendte processer for visse typer landdække, såsom vådområder. Modellen simulerer også den atmosfæriske kemi, der nedbryder metan og fjerner det fra luften. Derefter brugte de en vejrmodel til at se, hvordan metan rejste og opførte sig over tid i atmosfæren.

Datavisualiseringen af ​​deres resultater viser metans æteriske bevægelser og belyser dens kompleksitet både i rummet over forskellige landskaber og med årstiderne. Når metanemissionerne er løftet op i atmosfæren, vind i stor højde kan transportere den langt ud over deres kilder.

Da de først så dataene visualiseret, flere steder skilte sig ud.

I Sydamerika, Amazonflodbassinet og dets tilstødende vådområder oversvømmer sæsonmæssigt, skabelse af et iltfattigt miljø, der er en betydelig kilde til metan. Globalt set omkring 60% af metanemissionerne kommer fra troperne, så det er vigtigt at forstå de forskellige menneskelige og naturlige kilder, sagde Poulter.

Over hele Europa, metansignalet er ikke så stærkt som over Amazonas. Europæiske metankilder påvirkes af den menneskelige befolkning og efterforskning og transport af olie, gas og kul fra energisektoren.

I Indien, risdyrkning og husdyr er de to drivkilder til metan. "Landbruget er ansvarligt for omkring 20% ​​af de globale metanemissioner og inkluderer enterisk gæring, som er forarbejdning af mad i tarm fra kvæg, hovedsagelig, men inkluderer også, hvordan vi håndterer affaldsprodukter, der kommer fra husdyr og andre landbrugsaktiviteter, sagde Poulter.

Kinas økonomiske ekspansion og store befolkning driver den store efterspørgsel efter olie, efterforskning af gas og kul til industrien samt til landbrugsproduktion, som er dens underliggende kilder til metan.

De arktiske og høje breddegrader er ansvarlige for omkring 20% ​​af de globale metanemissioner. "Hvad sker der i Arktis, forbliver ikke altid i Arktis, "Sagde Ott." Der er en massiv mængde kulstof, der er lagret på de nordlige høje breddegrader. En af de ting forskere virkelig bekymrer sig om, er, om når jorden er varm, mere af det kulstof kunne frigives til atmosfæren. Lige nu, hvad du ser i denne visualisering er ikke særlig stærke metanpulser, men vi ser det meget nøje, fordi vi ved, at det er et sted, der hurtigt ændrer sig, og som kan ændre sig dramatisk over tid. "

"En af udfordringerne med at forstå det globale metanbudget har været at forene det atmosfæriske perspektiv på, hvor vi tror, ​​at metan produceres kontra bottom-up-perspektivet, eller hvordan vi bruger rapportering på landsniveau eller landoverflademodeller til at estimere metanemissioner, "sagde Poulter." Den visualisering, vi har her, kan hjælpe os med at forstå denne top-down og bottom-up-uoverensstemmelse og hjælpe os med også at reducere usikkerhederne i vores forståelse af det globale metanbudget ved at give os visuelle tegn og en kvalitativ forståelse af, hvordan metan bevæger sig rundt i atmosfæren, og hvor det produceres. "

Modeldataene for metankilder og transport vil også hjælpe med planlægningen af ​​både fremtidige felt- og satellitmissioner. I øjeblikket, NASA har en planlagt satellit kaldet GeoCarb, der vil starte omkring 2023 for at levere geostationære rumbaserede observationer af metan i atmosfæren over store dele af den vestlige halvkugle.