Globale Methanwerte erreichen neue Höchststände

Methanblasen, die im Winter 2016/17 auf dem Abraham Lake in Alberta, Kanada, im Eis eingeschlossen waren. Im Sommer entweicht das von Mikroben in den Seesedimenten produzierte Gas in die Luft – ein Vorgang, den Wissenschaftler mit unkonventionellen Methoden nachgewiesen haben. Foto überFlickr/juneaidrao.


VonRebecca Lindsey, Michon Scott, über NOAA Climate.gov

Wenn es um die globale Erwärmung geht, ist Kohlendioxid der 800-Pfund-Gorilla: Es ist das häufigste der langlebigen Treibhausgase, die menschliche Aktivitäten erzeugen. Aber Unze für Unze fängt Methan (CH4) mehr Wärme ein, und es machtungefähr 20%der durch menschliche Aktivitäten erzeugten Treibhausgase. Seltsamerweise haben sich die globalen Methanwerte von 1999 bis 2006 jedoch „flach“ gehalten.


Das Plateau hielt jedoch nicht an und in den letzten Jahren haben die globalen Methanwerte neue Höchststände erreicht. Herauszufinden, was mit Methan los ist, hat für Experten des Kohlenstoffkreislaufs der NOAA und anderer Institutionen auf der ganzen Welt hohe Priorität. Der vielleicht wichtigste Hinweis: Luftproben, die weltweit in verschiedenen Breitengraden gesammelt wurden, zeigen, dass die Menge an Methan, das Kohlenstoff-13 – ein seltenes, schweres Kohlenstoffisotop – trägt, seit 2007 deutlich zurückgegangen ist.

Dieser Rückgang lässt Zweifel an einer der ersten Erklärungen aufkommen, die Experten für den Anstieg nach 2007 in Betracht gezogen haben: eine Zunahme der Methanemissionen aus fossilen Brennstoffen, einschließlich des „flüchtigen“ Methangases, das bei Öl- und Erdgasbohrungen entweicht. Stattdessen weisen die chemischen Fingerabdrücke auf Emissionen aus Landwirtschaft und Feuchtgebieten aus den Tropen hin.

Monatliche Methankonzentrationen (kleine Kreise) seit 1983, mit dem laufenden Durchschnitt als durchgezogene Linie. Bild über NOAA/Climate.gov.

Eine Methanbombe … oder nicht




Wissenschaftler haben seit langem die Möglichkeit erkannt – klein, aber nicht null –, dass die globale Erwärmung eine „Methanbombe“ in der Arktis entzünden könnte: die schnelle Freisetzung riesiger Mengen Methan aus auftauenden Permafrost- und Unterwasser-Methanhydraten. Eine solche Freigabe könnte auslösenExtinktionsniveau Erwärmung.

Auch ohne eine katastrophale Freisetzung in der Arktis ist Methan wichtig. Es hat eine kürzere Lebensdauer als Kohlendioxid, aber eine längereTreibhauspotenzial, was bedeutet, dass die Kontrolle von Methan dazu beitragen könnte, die Erwärmung in den nächsten 20-30 Jahren zu reduzieren. In diesem Zusammenhang war das Plateau 1999-2006 ein Schritt in die richtige Richtung. Das Wiederaufleben von 2007, ein Schritt zurück.

Ed Dlugokenckyist Forschungschemiker am Earth System Research Center der NOAA. Dlugokencky sagte:

Die Region, die am empfindlichsten gegenüber erhöhten Methanemissionen durch den Klimawandel ist, ist die Arktis.


Tiefe Torfschichten, die im Winter gefroren und in kurzen Sommern durchnässt sind, sind voll von anaeroben Mikroben, die eher Methan als Kohlendioxid „ausatmen“. Wenn der Permafrost auftaut, nimmt die mikrobielle Aktivität zu.

Aber während die Methankonzentration in der Arktis 2007 in die Höhe schoss, sagte Dlugokencky:

Wir haben noch keine Beweise dafür, dass die Rate der arktischen Methanemissionen langfristig steigt.

Tatsächlich zeigen neuere Untersuchungen von NOAA und anderen, dass beim Auftauen der arktischen Tundra immer mehr Kohlendioxid und nicht Methan freigesetzt wird. (Arktische Seen können eine andere Geschichte sein.)


Trends bei atmosphärischem Methan in verschiedenen Breitengraden von 1983 bis Mai 2017. (Daten von 2017 sind vorläufig). Jeder vertikale Streifen in der Grafik rechts stellt die durchschnittlichen wöchentlichen Methanwachstumsraten für ein bestimmtes Breitenband dar (auf dem Globus links markiert). Negative Wachstumsraten (violett) zeigen sich in den Tropen und nördlichen mittleren Breiten in der ersten Hälfte der 2000er Jahre. Stark positive Wachstumsraten zeigten sich 2007 in den hohen nördlichen Breiten und in den Folgejahren in den Tropen beider Hemisphären. Bild überNOAA Climate.gov, basierend auf Daten von Ed Dlugokencky, NOAA ESRL.

Andere Verdächtige

Die NOAA misst seit den frühen 1980er Jahren atmosphärische Methankonzentrationen in Luftproben von Standorten auf der ganzen Welt, sodass Wissenschaftler ein ziemlich klares Bild der Methanwachstumsraten in verschiedenen Breiten in den letzten Jahrzehnten haben. Die saisonalen und geografischen Muster helfen den Wissenschaftlern, herauszufinden, was vor sich geht.

Die Fairbanks-Professorin der University of Alaska, Katey Walter Anthony, nimmt uns mit auf einen zugefrorenen See in Fairbanks, AK, um zu demonstrieren, warum Methangas in die Klimaszene „explodiert“ ist.

Der Rückgang in den späten 1990er Jahren bis Mitte der 2000er Jahre konzentriert sich auf die nördliche Hemisphäre. Die führende Hypothese ist, dass Industrieländer, einschließlich der Vereinigten Staaten, „flüchtige“ Methanemissionen, die beim Bohren und Pumpen von Öl und Erdgas entweichen, besser kontrollieren können.

Die Suche nach einer Erklärung wird dadurch erschwert, dass Experten nicht einmal 100% sicher sind, dass die atmosphärische Lebensdauer von Methan konstant ist. Die Lebensdauer eines Methanmoleküls, das in die Luft freigesetzt wird, wird hauptsächlich durch Reaktionen mit dem primären Oxidationsmittel der Atmosphäre gesteuert: dem Hydroxylradikal (OH). Dlugokencky sagte:

Wenn Sie davon ausgehen, dass die Methanlebensdauer konstant ist, sind keine Änderungen der Emissionen erforderlich, um das Plateau zu erklären; es ist nur die natürliche Anpassung eines Systems, das versucht, ins Gleichgewicht zu kommen.

Mit anderen Worten, Senken, die Methan entfernen und Quellen einholen.

Wichtige Quellen und Senken für Methan. Die Größe des Pfeils gibt den relativen Beitrag an, den eine Quelle zur globalen Gesamtsumme leistet. Methan hat eine Lebensdauer von etwa 9 Jahren, bevor es durch Oxidationsmittel in Kohlendioxid umgewandelt wird. Derzeit übersteigen die Methanemissionen die Entfernungsraten um etwa 10 Millionen Tonnen pro Jahr. Bild überNOAA Climate.gov/Global Carbon Project.

Das Problem ist, dass Experten die Möglichkeit, dass die Lebensdauer von Methan nicht konstant ist, nicht vollständig ausgeschlossen haben. Hydroxylradikale können wir nicht direkt auf globaler Ebene messen. Es bleibt also die Möglichkeit, dass die Häufigkeit von Hydroxylradikalen über Zeit und Ort ausreichend variiert, um eine gewisse Rolle bei der Stop-and-go-Trajektorie der Methanspiegel in den letzten Jahrzehnten zu spielen. sagte Dlugokencky.

Wenn die Lebensdauer nicht genau bekannt ist, erhöht sich die Unsicherheit bezüglich der globalen Emissionen.

Dinge ausschließen

Der Anstieg des globalen Methangehalts nach 2007 fällt in etwa mit dem raschen Einsatz von Erdgas-Fracking in den Vereinigten Staaten zusammen, was flüchtige Emissionen zu einem logischen Verdacht macht. Versuche, die Verbindung zu überprüfen, haben jedoch kontraintuitive Ergebnisse gezeitigt, soStefan Schwietzke, ein Methanexperte des Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (eine Partnerschaft zwischen der NOAA und der University of Colorado Boulder).

Schwietzkes Forschung legt nahe, dass die Methanemissionen aus fossilen Brennstoffen höher sind, als die selbst gemeldeten Inventare der Länder vermuten lassen, und möglicherweise sogar steigen. Und doch, erklärte er per E-Mail, sei Methan aus fossilen Brennstoffen mit Kohlenstoff-13 angereichert – einem seltenen, schweren Kohlenstoffisotop – und Luftproben zeigen, dass die Menge an Methan mit Kohlenstoff-13-Geschmack weltweit sinkt.

Methankonzentrationen (dunkle Linien) und die Menge an Kohlenstoff-13 im Methan (helle Linien) von 1998-2014 für vier Breitengrade: Tropen der nördlichen und südlichen Hemisphäre (grün und orange) und nördliche und südliche hohe Breiten (blau und grau) . Ab 2007 begannen die Methankonzentrationen in allen Breitengraden zu steigen, aber die Menge an Methan mit „schwerem“ Kohlenstoff-13 begann zu sinken. Bild überNOAA Klima.gov.

Der Rückgang scheint Emissionen fossiler Brennstoffe, Waldbrände oder Kochherde aus Biomasse als Grund für den Methananstieg nach 2007 auszuschließen. Alle diese Methanquellen sind mehr oder weniger an Kohlenstoff-13 angereichert, nicht erschöpft.

Es ist ein kontraintuitives Ergebnis: Methan aus fossilen Brennstoffen ist höher als wir dachten, aber es scheint einen geringeren Anteil an den gesamten globalen Emissionen auszumachen. In seiner E-Mail schrieb Schwietzke: „Der Rückgang des 13-C-Isotops von Methan in der Atmosphäre deutet darauf hin, dass mikrobielle Quellen einen zunehmenden Anteil an den gesamten Methanemissionen weltweit haben müssen.“

Pflege versus Natur

Die Argumente für eine biologische, mikrobielle Quelle sind stark, aber es ist weniger klar, um welche Quelle oder Quellen es sich genau handelt. Basierend auf den Satellitendaten, sagt Dlugokencky,

… es scheint, als ob die Methanemissionen in den Tropen und mittleren Breiten der nördlichen Hemisphäre am stärksten zunehmen, und wir haben einige Ideen, warum, aber keine definitiven Antworten.

Die Kohlenstoffisotopenanalysen, die vom Stable Isotope Laboratory am Institute of Arctic and Alpine Research der University of Colorado Boulder für NOAA durchgeführt wurden, stimmen mit einem Anstieg der mikrobiellen Emissionen sowohl aus natürlichen Feuchtgebieten als auch aus landwirtschaftlichen Quellen überein.

Zu den landwirtschaftlichen Methanquellen zählen der Reisanbau und das Aufstoßen von Wiederkäuern. Der Reisanbau hängt von der periodischen Überflutung der Anbaugebiete ab. Ertrunkene Böden und Tiermägen begünstigen Mikrobenarten, die ohne Sauerstoff überleben können. Diese Mikroben atmen Methan (CH4) anstelle von Kohlendioxid (CO2).

Mit einem Schlauchstück, das an einer Angelrute (an einer Pumpe befestigt) befestigt ist, versucht ein Forscher, das von einer Kuh in Simbabwe gerülpste Methangas einzufangen. Die Probe ist Teil der Bemühungen von Euan Nisbet, die Kohlenstoff-13-Isotopensignaturen aller verschiedenen Methanarten aus tropischen Quellen zu katalogisieren. Bild überLucy Broderick.

In Bezug auf die Geographie sind beide Quellen plausibel. Die weltweit größte Population von Wiederkäuern befindet sich in Indien (Tropen der nördlichen Hemisphäre), und auch andere tropische Länder in Afrika und Südamerika haben große Populationen. Der Großteil des Reisanbaus findet in den nördlichen Tropen, in Indien, China und Südostasien statt. In den Tropen beider Hemisphären befinden sich die größten Feuchtgebiete der Welt.

Euan Nisbet, ein Methanexperte von Royal Holloway, University of London, ist der Meinung, dass natürliche Feuchtgebiete den Löwenanteil des Anstiegs seit 2007 ausmachen Zunahme der Wiederkäuerpopulationen oder der Reisanbaugebiete im Jahr 2007.

Im Gegensatz dazu ist gut dokumentiert, dass die Methanemissionen aus natürlichen Feuchtgebieten als Reaktion auf Regen und Wärme schnell ansteigen und dass die Emissionen in nassen Jahren exponentiell höher sind als in trockenen.

Sonnenuntergang über einem Teil des Amazonas und seinen Auen-Feuchtgebieten am 19. August 2008. Tropische Feuchtgebiete wie dieses sind eine große – und möglicherweise zunehmende – Quelle von Methan in die Atmosphäre. Bild überErdobservatorium der NASA.

Das Hin und Her zwischen nassen und trockenen Jahren in den Tropen wird vor allem bestimmt durchein natürliches Klimamusterim tropischen Pazifik, der zwischen einer warmen, trockenen Phase (El Niño) und einer kühlen, nassen Phase (La Niña) schwankt. Als die globalen Methankonzentrationen Anfang der 2000er Jahre abflachten, erlebten die Tropen drei El-Niño-Episoden. Seit 2007 ist La Niña häufiger anzutreffen und die Methanemissionen steigen wieder an.

Per E-Mail stimmte Dlugokencky von NOAA bis zu einem gewissen Punkt zu. Er schrieb:

Während der Übergang von El Niño zu La Niña im Jahr 2007 wahrscheinlich den erneuten Anstieg einleitete, bezweifle ich, dass er ihn aufrechterhalten könnte, insbesondere durch einen nachfolgenden starken El Niño [2015-16].

Außerdem, fügt er hinzu, gibt es den Abwärtstrend bei atmosphärischem Kohlenstoff-13 zu erklären. Methan aus mikrobiellen Aktivitäten in natürlichen Feuchtgebieten kann im Vergleich zur globalen Atmosphäre an Kohlenstoff-13 abgereichert sein, aber es ist nicht so erschöpft wie einige landwirtschaftliche Quellen. Er sagte:

Um mit den Messungen der atmosphärischen CH4-Isotopenzusammensetzung konsistent zu sein, ist wahrscheinlich auch ein Beitrag aus landwirtschaftlichen Quellen zu erwarten.

Abfackeln von Erdgas (hauptsächlich Methan), das 2014 an einer Bohrstelle in North Dakota aus Öl abgeschieden wird. Der Staat hat Ziele zur Reduzierung des Abfackelns in den kommenden Jahren, um die Abscheidung und Wiederverwendung von Methan zu fördern. Bild überJeffrey Peischl, CIRES.

Strategien kopieren

Diese Konzentration auf die Details des Methanhaushalts ist nicht nur eine Frage der wissenschaftlichen Neugier. Dlugokencky sagte:

Methan ist das zweitwichtigste langlebige Treibhausgas, das vom Menschen beeinflusst wird. Mit relativ geringen Emissionsreduktionen könnten wir atmosphärisches Methan stabilisieren oder sogar verringern.

Beide wahrscheinlichen Anwärter auf den jüngsten Anstieg der Emissionen könnten schwierig zu mildern sein. In Entwicklungsländern mit wachsender Bevölkerung könnte die Methankontrolle mit der Notwendigkeit einer Ausweitung der Nahrungsmittelproduktion konfrontiert werden. Wenn natürliche Feuchtgebiete die Hauptquelle des Anstiegs sind, ist möglicherweise nicht einmal eine Kontrolle möglich.

Eine Sackgasse an beiden Fronten könnte die Notwendigkeit verstärken, Emissionen aus anderen Quellen, einschließlich fossiler Brennstoffe, zu kontrollieren. Wenn die Kontrolle der Methanemissionen Teil der US-amerikanischen Klima- und Luftqualitätspolitik bleibt, wird die NOAA-Forschung den politischen Entscheidungsträgern helfen, herauszufinden, wo sie anfangen sollen. Schwietzke sagte:

In unseren Feldmesskampagnen in den USA im letzten Jahrzehnt haben wir ein besseres Verständnis der mechanistischen Grundlagen der Methanemissionen aus fossilen Brennstoffen gewonnen.

Diese Feldforschung hat Flugzeug-, Satelliten- und bodengestützte Messungen der Luftqualität kombiniert, um Methan-Hotspots an Orten im ganzen Land zu bestimmen, von der Region Four Corners über North Dakota und Texas bis hin zu verlassenen Öl- und Gasquellen im Osten . Schwietzke sagte:

Zusammen mit unserem globalen Monitoring aller Methanquellen stellen wir dieses Wissen für die Entwicklung von Minderungsstrategien zur Verfügung.

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Fazit: Nach einem Plateau im Jahr 2000 erreichen die globalen Treibhausgaskonzentrationen neue Höchststände.

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