Предоставлено: НАСА / Джесси Кирш / любезно предоставлено Трейси Шор.
Сегодня человеческие источники ответственны за 60% глобальных выбросов метана, происходящих в основном от сжигания ископаемого топлива, разложения на свалках и в сельскохозяйственном секторе. Почти четверть выбросов метана приходится на сельское хозяйство, большая часть которого связана с животноводством. Выращивание риса и пищевые отходы также являются важными источниками сельскохозяйственного метана, поскольку почти треть всех продуктов питания, производимых для потребления человеком, теряется или выбрасывается.
At НАСАученые изучают глобальный бюджет метана, чтобы лучше понять основные источники выбросов метана и их вклад в изменение климата. В дополнение к человеческим источникам, метан также производится в естественных условиях. Самым большим естественным источником метана являются водно-болотные угодья, на которые приходится 30% мировых выбросов метана. К другим естественным источникам выбросов метана относятся океаны, термиты, вечная мерзлота, растительность и лесные пожары.
Концентрации метана в атмосфере более чем в два раза после промышленной революции из-за интенсивного использования нефти, газа и угля, роста спроса на говядину и молочные продукты, а также увеличения производства пищевых и органических отходов. Хотя рост концентрации метана в атмосфере заметно замедлился ближе к концу 20-х гг.th Века, концентрации были значительно увеличился с 2006 г., вероятно, в результате увеличения выбросов от животноводства, возобновления зависимости от природного газа и, в последние годы, водно-болотных угодий и глобального потепления.
Новый трехмерный портрет метана, созданный НАСА, показывает второго в мире участника парникового потепления при его перемещении в атмосфере. Объединив несколько наборов данных из кадастров выбросов и моделирования водно-болотных угодий в компьютерную модель с высоким разрешением, исследователи теперь имеют дополнительный инструмент для понимания этого сложного газа и его роли в углеродном цикле Земли, составе атмосферы и климатической системе. Новая визуализация данных создает более полную картину разнообразия источников метана на земле, а также поведения газа при его движении в атмосфере. Предоставлено: НАСА / Студия научной визуализации.
Парниковый эффект и метан
Парниковые газы, включая метан, вносят свой вклад в химические реакции и обратную связь с климатом. Молекулы парниковых газов улавливают солнечную энергию, действуя как тепловое одеяло. Энергия Солнца поглощается поверхностью Земли, хотя часть этой энергии отражается в атмосфере. Поглощенная энергия также повторно излучается в инфракрасных длинах волн. Часть отраженной и повторно испускаемой энергии повторно попадает в космос, а остальная часть задерживается в атмосфере парниковыми газами. Со временем уловленное тепло согревает наш климат, повышая глобальные температуры.
Парниковые газы в нашей атмосфере действуют как одеяло, улавливающее тепло от Солнца. Это вызывает повышение глобальной температуры по мере увеличения количества парниковых газов. Предоставлено: НАСА / Джесси Кирш.
Повышение температуры по вине человека может повлиять на выброс метана из природных источников. Например, вечная мерзлота может таять естественным путем и выделять метан в атмосферу, но люди увеличили скорость таяния вечной мерзлоты из-за потепления, вызванного деятельностью человека.
Метан - это мир второй по величине фактор глобального потепления, после углекислого газа. Хотя диоксида углерода в атмосфере больше, чем метана, одна молекула метана улавливает тепло более эффективно, чем одна молекула диоксида углерода.
Однако время жизни молекулы метана короче, чем молекулы диоксида углерода, из-за естественных химических процессов, которые быстрее удаляют метан из атмосферы, чем диоксид углерода. Это означает, что если выбросы метана сократятся и будет поддерживаться естественная химическая очистка метана, содержание метана в атмосфере может резко сократиться всего за десять лет. Уменьшение количества метана, попадающего в атмосферу, может оказать значительное и почти немедленное влияние на уменьшение краткосрочных последствий изменения климата и может способствовать сохранению глобального изменения температуры ниже 2 градусов. Цельсия.
Почему коровы производят метан
Крупный рогатый скот, такой как дойные коровы или мясной скот, производит метан как побочный продукт пищеварения. Крупный рогатый скот - жвачные животные, что означает, что у них есть специализированная пищеварительная система, которая позволяет им перерабатывать продукты, которые не могут перевариваться людьми и большинством других животных, например свежую траву и сырое зерно. Когда пища попадает в желудок крупного рогатого скота, она подвергается процессу, называемому кишечная ферментация: микробы и бактерии частично разрушают частицы пищи, которые затем ферментируются в части желудка, называемой рубцом. Когда пищевые частицы ферментируются, они производят метан. Каждый раз, когда скот отрыгивает - и, в меньшей степени, вздутие - метан выбрасывается и попадает в атмосферу, где действует как парниковый газ.
Факты о метане: метан является причиной 20% глобального потепления со времени промышленной революции; В 2018 году на продовольственную систему пришлось 33% всех антропогенных выбросов парниковых газов; В 2015 году на долю домашнего скота приходилось 10% выбросов метана в США; Метан примерно в 30 раз сильнее, чем CO2, на протяжении столетия; Европе и Арктика - единственные два региона, выбросы метана которых снизились с 2000 по 2018 год; Концентрация метана в атмосфере за последние 200 лет увеличилась более чем вдвое. Предоставлено: НАСА / Джесси Кирш.
Взгляд НАСА на метан
Несмотря на то, что концентрации метана хорошо наблюдаются, следует делать выводы о выбросах на основе множества факторов. Ученые НАСА используют множество методов для отслеживания выбросов метана. Чтобы получить наиболее точные оценки, они используют кадастры выбросов из разных стран мира, моделируют выбросы метана из заболоченных территорий и объединяют их с наземными, бортовыми и спутниковыми данными с использованием атмосферных моделей.
В Калифорнии (и некоторых других регионах) исследователи летают на самолетах, оснащенных бортовым видимым инфракрасным спектрометром NASA - Next Generation, или AVIRIS-NG, и собирают тщательно откалиброванные данные. Эти данные используются в Калифорнийское исследование метана, проект, совместно финансируемый НАСА, Калифорнийским советом по воздушным ресурсам и Калифорнийской энергетической комиссией, для быстрого выявления и сообщения об утечках метана.
На Аляске и северо-западе Канады исследователи НАСА используют спутники, самолеты и полевые исследования, чтобы лучше понять выбросы метана от таяния вечной мерзлоты в рамках эксперимента Arctic Boreal and Vulnerability Experiment, или ABoVE. Исследователи обнаружили, что многолетняя мерзлота, богатая углеродом, тает все более быстрыми темпами, вероятно, в результате антропогенного изменения климата, что делает Арктику важным потенциальным источником выбросов метана. Согласно научным оценкам, почвы этого региона накапливают в пять раз больше углерода, чем было выброшено в результате всей деятельности человека за последние 200 лет.
Исследователи НАСА объединяют данные таких миссий, как ABoVE и California Methane Survey, со своими знаниями о том, как метан ведет себя в атмосфере, для создания компьютерных моделей метана. Эти модели могут помочь ученым и политикам понять прошлые, текущие и будущие структуры атмосферного метана.
Пути к снижению выбросов метана
Исследователи в различных областях изучали потенциальные решения по снижению глобальных выбросов метана. Например, биогазовые системы сократить выбросы метана за счет преобразования отходов животноводства, сельскохозяйственных культур, воды и продуктов питания в энергию. Биогаз производится с помощью того же естественного процесса, который происходит на свалках для разложения органических отходов. Однако биогазовые системы используют производимый газ в качестве чистого, возобновляемого и надежного источника энергии, а не позволяют ему выбрасываться в атмосферу в виде парникового газа.
Исследование, проведенное профессором Эрмиасом Кебреабом из Калифорнийского университета в Дэвисе, показало, что введение нескольких унций морских водорослей в рацион крупного рогатого скота может снизить выбросы метана более чем на 82%.
Эти типы технологических и биологических инноваций могут предоставить лицам, принимающим решения, владельцам ранчо и другим людям больше возможностей для управления нашим будущим метаном.
