Los niveles globales de metano alcanzan nuevos máximos

Burbujas de metano atrapadas en el hielo en el lago Abraham, en Alberta, Canadá, durante el invierno 2016-17. En el verano, el gas (producido por microbios en los sedimentos del lago) escapa al aire, un proceso que los científicos han demostrado con métodos poco convencionales. Foto vía Flickr / juneaidrao.

Por Rebecca Lindsey, Michon Scott, vía NOAA Climate.gov

Cuando se trata del calentamiento global, el dióxido de carbono es el gorila de las 800 libras: es el más abundante de los gases de efecto invernadero de larga duración que generan las actividades humanas. Pero onza por onza, el metano (CH4) atrapa más calor y representa alrededor del 20% de los gases de efecto invernadero producidos por las actividades humanas. Curiosamente, sin embargo, los niveles globales de metano se "alinearon" de 1999 a 2006.

Sin embargo, la meseta no duró, y en los últimos años, los niveles globales de metano han alcanzado nuevos máximos. Averiguar qué está pasando con el metano es una alta prioridad para los expertos en el ciclo del carbono en NOAA y otras instituciones de todo el mundo. Posiblemente la pista más importante: las muestras de aire recolectadas en diferentes latitudes de todo el mundo muestran que la cantidad de metano que contiene carbono 13, un isótopo de carbono pesado y raro, ha disminuido significativamente desde 2007.

Esa caída pone en duda una de las primeras explicaciones que los expertos consideraron para el aumento posterior a 2007: un aumento en el metano emitido por los combustibles fósiles, incluido el escape de gas metano "fugitivo" durante la perforación de petróleo y gas natural. En cambio, las huellas dactilares químicas apuntan hacia las emisiones agrícolas y de humedales de los trópicos.

Concentraciones mensuales de metano (círculos pequeños) desde 1983, con el promedio móvil como una línea continua. Imagen a través de NOAA / Climate.gov.

Una bomba de metano ... o no

Los científicos han reconocido por mucho tiempo la posibilidad, pequeña pero no nula, de que el calentamiento global podría encender una "bomba de metano" en el Ártico: la liberación rápida de enormes cantidades de metano a partir del deshielo del permafrost y los hidratos de metano bajo el agua. Tal liberación podría desencadenar un calentamiento a nivel de extinción.

Incluso sin una liberación catastrófica del Ártico, el metano es importante. Tiene una vida útil más corta que el dióxido de carbono pero un mayor potencial de calentamiento global, lo que significa que controlar el metano podría ayudar a reducir el calentamiento en los próximos 20-30 años. En ese contexto, la meseta 1999-2006 fue un paso en la dirección correcta. El resurgimiento de 2007, un paso atrás.

Ed Dlugokencky es químico investigador del Centro de Investigación del Sistema Terrestre de NOAA. Dlugokencky dijo:

La región más sensible al aumento de las emisiones de metano del cambio climático es el Ártico.

Las capas profundas de turba, congeladas en invierno y empapadas de agua durante veranos cortos, están llenas de microbios anaerobios que "exhalan" metano en lugar de dióxido de carbono. A medida que el permafrost se descongela, la actividad microbiana aumenta.

Pero mientras las concentraciones de metano en el Ártico aumentaron en 2007, Dlugokencky dijo:

Todavía no tenemos evidencia de que la tasa de emisiones de metano en el Ártico esté aumentando a largo plazo.

De hecho, investigaciones recientes de NOAA y otros muestran que a medida que la tundra ártica se descongela, libera cantidades crecientes de dióxido de carbono, no metano. (Los lagos árticos pueden ser una historia diferente).

Tendencias en el metano atmosférico en diferentes latitudes desde 1983 hasta mayo de 2017 (los datos de 2017 son preliminares). Cada franja vertical en el gráfico de la derecha representa las tasas de crecimiento de metano promedio semanal para una banda de latitud dada (marcada en el globo a la izquierda). Las tasas de crecimiento negativas (púrpura) se muestran en los trópicos y las latitudes medias del norte en la primera mitad de la década de 2000. Fuertes tasas de crecimiento positivo aparecieron en las altas latitudes del norte en 2007 y en los trópicos de ambos hemisferios en los años siguientes. Imagen vía NOAA Climate.gov, basada en datos proporcionados por Ed Dlugokencky, NOAA ESRL.

Otros sospechosos

NOAA ha estado midiendo las concentraciones atmosféricas de metano en muestras de aire de lugares de todo el mundo desde principios de la década de 1980, por lo que los científicos tienen una idea bastante clara de las tasas de crecimiento de metano en diferentes latitudes durante las últimas décadas. Los patrones estacionales y geográficos están ayudando a los científicos a descifrar lo que está sucediendo.

La profesora Katey Walter Anthony de la Universidad de Alaska Fairbanks nos lleva a un lago congelado en Fairbanks, Alaska, para demostrar por qué el gas metano ha "explotado" en la escena del cambio climático.

La disminución a fines de la década de 1990 hasta mediados de la década de 2000 se concentra en el hemisferio norte. La hipótesis principal es que los países industrializados, incluido Estados Unidos, obtuvieron un mejor control de las emisiones de metano `` fugitivas '', que escapan durante la perforación y el bombeo de petróleo y gas natural.

La búsqueda de una explicación se complica por el hecho de que los expertos ni siquiera están 100% seguros de que la vida atmosférica del metano sea constante. La vida útil de una molécula de metano liberada en el aire está controlada principalmente por reacciones con el agente oxidante primario de la atmósfera: el radical hidroxilo (OH). Dlugokencky dijo:

Si supone que la vida útil del metano es constante, no se necesitan cambios en las emisiones [para explicar] la meseta; Es solo el ajuste natural de un sistema que intenta alcanzar el equilibrio.

En otras palabras, los sumideros que eliminan el metano alcanzan las fuentes.

Principales fuentes y sumideros de metano. El tamaño de la flecha indica la contribución relativa que hace una fuente al total global. La vida útil del metano es de aproximadamente 9 años antes de que los agentes oxidantes lo conviertan en dióxido de carbono. Actualmente, las emisiones de metano superan las tasas de remoción en aproximadamente 10 millones de toneladas por año. Imagen vía NOAA Climate.gov/Global Carbon Project.

El problema es que los expertos no han descartado por completo la posibilidad de que la vida útil del metano no sea constante. El radical hidroxilo no es algo que podamos medir directamente a escala global. Por lo tanto, existe la posibilidad de que la abundancia de radicales hidroxilo varíe lo suficiente con el tiempo y el lugar para desempeñar algún tipo de papel en la trayectoria de parada y avance de los niveles de metano en las últimas décadas. Dlugokencky dijo.

No saber con precisión la vida útil aumenta la incertidumbre sobre las emisiones globales.

Descartar cosas

El aumento posterior a 2007 en los niveles globales de metano coincide aproximadamente con el rápido despliegue de gas natural `` fracking '' en los Estados Unidos, lo que hace que las emisiones fugitivas sean un sospechoso lógico. Pero los intentos de verificar la conexión han producido resultados contraintuitivos, según Stefan Schwietzke, un experto en metano del Instituto Cooperativo para la Investigación en Ciencias Ambientales (una asociación NOAA-Universidad de Colorado Boulder).

La investigación de Schwietzke sugiere que las emisiones de metano de los combustibles fósiles son más altas de lo que sugieren los inventarios autoinformados de los países, e incluso pueden estar aumentando. Y, sin embargo, explicó por correo electrónico, el metano derivado de los combustibles fósiles está enriquecido con carbono 13, un isótopo de carbono raro y pesado, y las muestras de aire muestran que la cantidad de metano con sabor a carbono 13 está disminuyendo en todo el mundo.

Concentraciones de metano (líneas oscuras) y la cantidad de carbono 13 en el metano (líneas claras) de 1998-2014 para cuatro zonas de latitud: trópicos del hemisferio norte y sur (verde y naranja) y latitudes altas del norte y sur (azul y gris) . A partir de 2007, las concentraciones de metano en todas las zonas de latitud comenzaron a aumentar, pero la cantidad de metano que transportaba carbono 13 "pesado" comenzó a disminuir. Imagen vía NOAA Climate.gov.

La caída parece descartar las emisiones de combustibles fósiles, los incendios forestales o las estufas de biomasa como la razón del aumento de metano posterior a 2007. Todas esas fuentes de metano, en mayor o menor medida, están enriquecidas en carbono 13, no agotadas.

Es un hallazgo contradictorio: el metano de los combustibles fósiles es más alto de lo que pensábamos, pero parece estar representando una proporción menor de las emisiones globales totales. En su correo electrónico, Schwietzke escribió: "La disminución en el isótopo 13-C del metano en la atmósfera indica que las fuentes microbianas deben tener una proporción cada vez mayor de las emisiones totales de metano a nivel mundial".

Nutrición versus naturaleza

El caso de una fuente biológica y microbiana es fuerte, pero está menos claro exactamente qué fuente o fuentes es. Según los datos del satélite, dice Dlugokencky,

... parece que las emisiones de metano están aumentando más en los trópicos y latitudes medias del hemisferio norte, y tenemos algunas ideas de por qué, pero no hay respuestas definitivas.

Los análisis de isótopos de carbono, realizados para NOAA por el Laboratorio de isótopos estables del Instituto de Investigación Ártica y Alpina de la Universidad de Colorado Boulder, son consistentes con un aumento en las emisiones microbianas de humedales naturales y fuentes agrícolas.

Las fuentes agrícolas de metano incluyen el cultivo de arroz y eructos del ganado rumiante. El cultivo del arroz depende de las inundaciones periódicas de las zonas de cultivo. Los suelos ahogados y los estómagos de animales favorecen las especies de microbios que pueden sobrevivir sin oxígeno. Estos microbios respiran metano (CH4) en lugar de dióxido de carbono (CO2).

Con un tubo conectado a una caña de pescar (unida a una bomba), un investigador intenta capturar el gas metano eructado de una vaca en Zimbabwe. La muestra es parte de los esfuerzos de Euan Nisbet para catalogar las firmas de isótopos de carbono 13 de todos los diferentes tipos de metano de fuentes tropicales. Imagen vía Lucy Broderick.

Con respecto a la geografía, ambas fuentes son plausibles. La mayor población mundial de ganado rumiante se encuentra en India (trópicos del hemisferio norte), y otros países tropicales en África y América del Sur también tienen grandes poblaciones. La mayor parte del cultivo de arroz se realiza en los trópicos del norte, en India, China y el sudeste asiático. Los trópicos de ambos hemisferios albergan los humedales más grandes del mundo.

Euan Nisbet, un experto en metano de Royal Holloway, de la Universidad de Londres, cree que los humedales naturales representan la mayor parte del aumento desde 2007. No solo la geografía es correcta, explicó por correo electrónico, sino que las estadísticas agrícolas internacionales no proporcionan evidencia de un gran, aumento correspondiente en poblaciones de rumiantes o áreas de cultivo de arroz en 2007.

Por el contrario, está bien documentado que las emisiones de metano de los humedales naturales aumentan rápidamente en respuesta a la lluvia y el calor y que las emisiones son exponencialmente más altas en años húmedos que en los secos.

Puesta de sol sobre una porción del río Amazonas y sus humedales de llanura de inundación el 19 de agosto de 2008. Los humedales tropicales como este son una fuente grande y posiblemente creciente de metano para la atmósfera. Imagen a través del Observatorio de la Tierra de la NASA.

La oscilación entre los años húmedos y secos en los trópicos se rige principalmente por un patrón climático natural en el Océano Pacífico tropical que oscila entre una fase cálida y seca (El Niño) y una fase fría y húmeda (La Niña). Cuando las concentraciones globales de metano se estabilizaron a principios de la década de 2000, los trópicos experimentaron tres episodios de El Niño. Desde 2007, La Niña ha sido más común y las emisiones de metano vuelven a aumentar.

Por correo electrónico, Dlugokencky de NOAA estuvo de acuerdo, hasta cierto punto. El escribio:

Si bien la transición de El Niño a La Niña en 2007 probablemente comenzó el nuevo aumento, dudo que pueda sostenerlo, especialmente a través de un fuerte El Niño posterior [en 2015-16].

Además, agrega, hay una tendencia a la baja en el carbono 13 atmosférico para explicar. El metano de la actividad microbiana en los humedales naturales puede agotarse en carbono 13 en comparación con la atmósfera global ambiental, pero no está tan agotado como algunas fuentes agrícolas. Él dijo:

Para ser coherente con las mediciones de la composición isotópica atmosférica de CH4, es probable que también haya una contribución de fuentes agrícolas.

La quema de gas natural (en gran parte metano) que se está separando del petróleo en un sitio de pozo en Dakota del Norte en 2014. El estado tiene objetivos para reducir la quema en los próximos años para alentar la captura y reutilización del metano. Imagen vía Jeffrey Peischl, CIRES.

Estrategias de afrontamiento

Este enfoque en los detalles del presupuesto de metano no es solo una cuestión de curiosidad científica. Dlugokencky dijo:

El metano es el segundo gas de efecto invernadero de larga duración más importante influenciado por las personas. Con reducciones relativamente pequeñas en las emisiones, podríamos ser capaces de estabilizar el metano atmosférico o incluso hacer que disminuya.

Los dos posibles contendientes por el reciente aumento de las emisiones podrían ser difíciles de mitigar. En los países en desarrollo con poblaciones crecientes, el control del metano podría terminar enfrentándose a la necesidad de expandir la producción de alimentos. Si los humedales naturales son la principal fuente del aumento, es posible que el control ni siquiera sea posible.

Un estancamiento en ambos frentes podría intensificar la necesidad de controlar las emisiones de otras fuentes, incluidos los combustibles fósiles. Si el control de las emisiones de metano sigue siendo parte de la política climática y de calidad del aire de los EE. UU., La investigación de NOAA ayudará a los responsables políticos a determinar por dónde comenzar. Schwietzke dijo:

En nuestras campañas de medición de campo en los Estados Unidos durante la última década, hemos adquirido una mejor comprensión de los fundamentos mecanicistas de las emisiones de metano de los combustibles fósiles.

Esa investigación de campo ha combinado mediciones de la calidad del aire de aeronaves, satélites y terrestres para evaluar los puntos calientes de metano en ubicaciones en todo el país, desde la región de Four Corners, hasta Dakota del Norte y Texas, hasta pozos de petróleo y gas abandonados en el este . Schwietzke dijo:

Junto con nuestro monitoreo global de todas las fuentes de metano, estamos haciendo que este conocimiento esté disponible para su uso en el desarrollo de estrategias de mitigación.

En pocas palabras: después de una meseta de la era de 2000, los niveles globales de gases de efecto invernadero están alcanzando nuevos máximos.

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