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 delle quali derivano dall'allevamento di bestiame. Anche la coltivazione del riso e gli sprechi alimentari sono importanti fonti di metano agricolo, poiché quasi un terzo di tutto il cibo prodotto per il consumo umano viene perso o sprecato.
At NASA, gli scienziati studiano il bilancio globale del metano per comprendere meglio le fonti primarie delle emissioni di metano e il modo in cui contribuiscono al cambiamento climatico. Oltre alle fonti umane, il metano viene prodotto anche in ambienti naturali. La più grande 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 oceani, termiti, permafrost, vegetazione e incendi.
Le concentrazioni atmosferiche di metano hanno più che raddoppiato dalla Rivoluzione industriale a causa dell'uso intensivo di petrolio, gas e carbone, della crescente domanda di carne bovina e latticini e dell'aumento della produzione di cibo e rifiuti organici. Sebbene l'aumento delle concentrazioni atmosferiche di metano sia notevolmente rallentato verso la fine del 20th Secolo, le concentrazioni sono state in forte aumento dal 2006, probabilmente a causa dell'aumento delle emissioni dovute all'allevamento di bestiame, alla rinnovata dipendenza dal gas naturale e, negli ultimi anni, dalle zone umide e dal riscaldamento globale.
Il nuovo ritratto tridimensionale del metano della NASA mostra il secondo maggior contributore al mondo al riscaldamento delle serre mentre viaggia attraverso l'atmosfera. Combinando più set di dati da inventari delle emissioni e simulazioni di zone umide in un modello informatico 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 costruisce un quadro più completo della diversità delle fonti di metano sul terreno 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, sebbene parte di questa energia venga riflessa nell'atmosfera. L'energia assorbita viene anche riemessa a lunghezze d'onda infrarosse. 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 sì che le temperature globali aumentino all'aumentare della quantità di gas serra. Credito: NASA/Jesse Kirsch
Gli aumenti di temperatura provocati 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 scioglie a causa del riscaldamento causato dall'uomo.
Il metano è il mondo il secondo maggior contributore 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 durata di una molecola di metano è più breve di una molecola di anidride carbonica a causa dei processi chimici naturali che sono più rapidi 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 venisse mantenuto, il metano atmosferico potrebbe diminuire drasticamente in soli dieci anni. Diminuire la 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 Centigrado.
Perché le mucche producono metano?
I bovini, come le vacche 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 alimenti che non possono essere digeriti dall'uomo e dalla maggior parte degli altri animali, come l'erba fresca e il grano crudo. Quando il cibo entra nello stomaco di un bovino, subisce un processo chiamato fermentazione enterica: microbi e batteri scompongono 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 agisce come un 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 al 33% di tutte le emissioni di gas serra 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; 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 gli inventari delle emissioni dei paesi di tutto il mondo, simulano le emissioni di metano delle zone umide e combinano queste informazioni con dati terrestri, aerei e satellitari utilizzando modelli atmosferici.
In California (e in alcune altre regioni), i ricercatori pilotano velivoli equipaggiati con lo spettrometro per immagini a infrarossi visibili nell'aria della NASA – Next Generation, o AVIRIS-NG, e raccolgono dati altamente calibrati. Questi dati vengono utilizzati nel Indagine sul metano della California, 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 come parte dell'esperimento Arctic Boreal and Vulnerability Experiment, o ABoVE. I ricercatori hanno scoperto che il permafrost ricco di carbonio si sta scongelando a ritmi 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 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 politici a comprendere i modelli di metano atmosferico passati, presenti 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. Per esempio, impianti biogas ridurre 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 qualche grammo di alghe nella dieta 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.
