Bildnachweis: NASA/Jesse Kirsch/mit freundlicher Genehmigung von Tracy Schohr
Heutzutage sind menschliche Quellen für 60 % der globalen Methanemissionen verantwortlich, die hauptsächlich aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, der Zersetzung auf Deponien und dem Agrarsektor stammen. Fast ein Viertel der Methanemissionen sind auf die Landwirtschaft zurückzuführen, ein Großteil davon auf die Viehzucht. Reisanbau und Lebensmittelverschwendung sind ebenfalls wichtige Quellen für landwirtschaftliches Methan, da fast ein Drittel aller für den menschlichen Verzehr produzierten Lebensmittel verloren geht oder verschwendet wird.
At NASAuntersuchen Wissenschaftler den globalen Methanhaushalt, um die Hauptquellen von Methanemissionen und ihren Beitrag zum Klimawandel besser zu verstehen. Neben den menschlichen Quellen wird Methan auch in natürlichen Umgebungen produziert. Die größte natürliche Methanquelle sind Feuchtgebiete, die 30 % der globalen Methanemissionen ausmachen. Andere natürliche Quellen von Methanemissionen sind die Ozeane, Termiten, Permafrost, Vegetation und Waldbrände.
Atmosphärische Methankonzentrationen haben mehr als verdoppelt seit der industriellen Revolution aufgrund der intensiven Nutzung von Öl, Gas und Kohle, der steigenden Nachfrage nach Rindfleisch und Milchprodukten und der erhöhten Produktion von Lebensmitteln und organischen Abfällen. Obwohl sich der Anstieg der atmosphärischen Methankonzentrationen gegen Ende des 20th Jahrhunderts wurden Konzentrationen durchgeführt seit 2006 deutlich gestiegen, wahrscheinlich als Folge steigender Emissionen aus der Viehzucht, der erneuten Abhängigkeit von Erdgas und in den letzten Jahren von Feuchtgebieten und der globalen Erwärmung.
Das neue dreidimensionale Methanporträt der NASA zeigt den weltweit zweitgrößten Beitrag zur Treibhauserwärmung auf seinem Weg durch die Atmosphäre. Durch die Kombination mehrerer Datensätze aus Emissionsinventaren und Simulationen von Feuchtgebieten in einem hochauflösenden Computermodell verfügen die Forscher nun über ein zusätzliches Werkzeug zum Verständnis dieses komplexen Gases und seiner Rolle im Kohlenstoffkreislauf der Erde, in der atmosphärischen Zusammensetzung und im Klimasystem. Die neue Datenvisualisierung zeichnet ein vollständigeres Bild der Vielfalt der Methanquellen am Boden sowie des Verhaltens des Gases, wenn es sich durch die Atmosphäre bewegt. Bildnachweis: NASA/Scientific Visualization Studio
Der Treibhauseffekt und Methan
Treibhausgase, einschließlich Methan, tragen zu chemischen Reaktionen und Klimarückkopplungen bei. Die Treibhausgasmoleküle fangen Sonnenenergie ein, indem sie wie eine thermische Decke wirken. Energie von der Sonne wird von der Erdoberfläche absorbiert, obwohl ein Teil dieser Energie in die Atmosphäre reflektiert wird. Die absorbierte Energie wird auch bei infraroten Wellenlängen wieder emittiert. Ein Teil der reflektierten und wieder abgegebenen Energie tritt wieder in den Weltraum ein, der Rest wird jedoch durch Treibhausgase in der Atmosphäre eingeschlossen. Im Laufe der Zeit erwärmt die eingefangene Wärme unser Klima und erhöht die globalen Temperaturen.
Treibhausgase in unserer Atmosphäre wirken wie eine Decke, die die Wärme der Sonne einfängt. Dies führt dazu, dass die globalen Temperaturen steigen, wenn die Menge an Treibhausgasen zunimmt. Bildnachweis: NASA/Jesse Kirsch
Der vom Menschen verursachte Temperaturanstieg kann sich auf das aus natürlichen Quellen freigesetzte Methan auswirken. Zum Beispiel kann Permafrost auf natürliche Weise auftauen und Methan in die Atmosphäre abgeben, aber die Menschen haben die Rate erhöht, mit der Permafrost aufgrund der vom Menschen verursachten Erwärmung auftaut.
Methan ist der Welt zweitgrößter Verursacher der globalen Erwärmung, nach Kohlendioxid. Obwohl Kohlendioxid in der Atmosphäre häufiger vorkommt als Methan, fängt ein einzelnes Methanmolekül Wärme effektiver ein als ein einzelnes Kohlendioxidmolekül.
Die Lebensdauer eines Methanmoleküls ist jedoch kürzer als die eines Kohlendioxidmoleküls, da natürliche chemische Prozesse Methan schneller aus der Atmosphäre entfernen als Kohlendioxid. Dies bedeutet, dass bei einem Rückgang der Methanemissionen und einer Beibehaltung der natürlichen chemischen Methanwäsche das atmosphärische Methan in nur zehn Jahren dramatisch abnehmen könnte. Die Verringerung der in die Atmosphäre abgegebenen Methanmenge könnte einen erheblichen und nahezu sofortigen Einfluss auf die Verringerung der kurzfristigen Auswirkungen des Klimawandels haben und dazu beitragen, die globale Temperaturänderung unter 2 Grad zu halten Celsius.
Warum Kühe Methan produzieren
Rinder, wie Milchkühe oder Fleischrinder, produzieren Methan als Nebenprodukt der Verdauung. Rinder sind Wiederkäuer, was bedeutet, dass sie über spezialisierte Verdauungssysteme verfügen, die es ihnen ermöglichen, Lebensmittel zu verarbeiten, die von Menschen und den meisten anderen Tieren nicht verdaut werden können, wie frisches Gras und ungekochtes Getreide. Wenn Nahrung in den Magen eines Rindes gelangt, durchläuft sie einen Prozess namens enterische Fermentation: Mikroben und Bakterien bauen die Nahrungspartikel teilweise ab, die dann in dem als Pansen bezeichneten Teil des Magens fermentieren. Wenn die Nahrungspartikel fermentieren, produzieren sie Methan. Jedes Mal, wenn Rinder rülpsen – und in geringerem Maße blähen – wird Methan ausgestoßen und gelangt in die Atmosphäre, wo es als Treibhausgas wirkt.
Schnelle Fakten zu Methan: Methan ist für 20 % der globalen Erwärmung seit der industriellen Revolution verantwortlich; Im Jahr 2018 trug das Lebensmittelsystem 33 % zu allen vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen bei; Im Jahr 2015 trug die Viehzucht zu 10 % der Methanemissionen in den USA bei; Methan ist im Laufe eines Jahrhunderts etwa 30-mal stärker als CO2; Europa und die Arktis sind die beiden einzigen Regionen, deren Methanemissionen von 2000 bis 2018 zurückgegangen sind; Die atmosphärische Methankonzentration hat sich in den letzten 200 Jahren mehr als verdoppelt. Bildnachweis: NASA/Jesse Kirsch
NASAs Augen auf Methan
Während Methankonzentrationen gut beobachtet werden, müssen Emissionen auf der Grundlage einer Vielzahl von Faktoren abgeleitet werden. NASA-Wissenschaftler verwenden eine Vielzahl von Methoden, um Methanemissionen zu verfolgen. Um möglichst genaue Schätzungen zu erhalten, verwenden sie Emissionsverzeichnisse aus Ländern auf der ganzen Welt, simulieren Methanemissionen aus Feuchtgebieten und kombinieren diese mit Boden-, Luft- und Satellitendaten unter Verwendung von Atmosphärenmodellen.
In Kalifornien (und einigen anderen Regionen) fliegen Forscher Flugzeuge, die mit dem Airborne Visible Infrared Imaging Spectrometer – Next Generation oder AVIRIS-NG der NASA ausgestattet sind, und sammeln hochgradig kalibrierte Daten. Diese Daten werden in der Kalifornische Methan-Umfrage, ein Projekt, das gemeinsam von der NASA, dem California Air Resources Board und der California Energy Commission finanziert wird, um Methanlecks schnell zu identifizieren und zu melden.
In Alaska und im Nordwesten Kanadas nutzen NASA-Forscher Satelliten, Flugzeuge und Feldforschung, um die Methanemissionen aus tauendem Permafrost im Rahmen des Arctic Boreal and Vulnerability Experiment oder ABoVE besser zu verstehen. Forscher haben entdeckt, dass der kohlenstoffreiche Permafrost mit immer höheren Raten auftaut, wahrscheinlich als Folge des vom Menschen verursachten Klimawandels, was die Arktis zu einer wichtigen potenziellen Quelle für Methanemissionen macht. Nach wissenschaftlichen Schätzungen speichern die Böden dieser Region fünfmal mehr Kohlenstoff als durch alle menschlichen Aktivitäten in den letzten 200 Jahren ausgestoßen wurde.
NASA-Forscher kombinieren die Daten von Missionen wie ABoVE und dem California Methane Survey mit ihrem Wissen darüber, wie sich Methan in der Atmosphäre verhält, um Methan-Computermodelle zu erstellen. Diese Modelle können Wissenschaftlern und politischen Entscheidungsträgern helfen, vergangene, aktuelle und zukünftige atmosphärische Methanmuster zu verstehen.
Wege zu reduzierten Methanemissionen
Forscher auf verschiedenen Gebieten haben nach möglichen Lösungen gesucht, um die globalen Methanemissionen zu verringern. Beispielsweise, Biogasanlagen Reduzieren Sie die Methanemissionen, indem Sie Abfälle von Vieh, Pflanzen, Wasser und Lebensmitteln in Energie umwandeln. Biogas wird durch den gleichen natürlichen Prozess produziert, der in Mülldeponien zum Abbau organischer Abfälle stattfindet. Biogasanlagen nutzen jedoch das erzeugte Gas und nutzen es als saubere, erneuerbare und zuverlässige Energiequelle, anstatt es als Treibhausgas in die Atmosphäre freizusetzen.
Eine von Professor Ermias Kebreab von der University of California-Davis geleitete Studie ergab, dass die Einführung von ein paar Unzen Seetang in die Ernährung von Rindern ihre Methanemissionen um über 82 % reduzieren könnte.
Diese Arten von technologischen – und biologischen – Innovationen können Entscheidungsträgern, Viehzüchtern und anderen mehr Optionen für den Umgang mit unserem zukünftigen Methan bieten.
