Een vicieuze cirkel: Hoe methaanemissies uit opwarmende wetlands de klimaatverandering kunnen verergeren

Versterking van methaanemissies door opwarming van de Arctis

Een nieuwe studie gepubliceerd in Nature wijst uit dat de opwarming in de Arctis de methaanemissies versterkt, wat bijdraagt aan een vicieuze cirkel die de klimaatverandering nog verder zou kunnen versnellen.

“Methaan is een zeer krachtig broeikasgas dat we dringend moeten aanpakken,” zei co-auteur Xin (Lindsay) Lan, een klimaatspecialist aan het Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) van CU Boulder. “Onze studie suggereert dat een aanzienlijk deel van de recente stijging van het atmosferische methaan afkomstig is van natuurlijke bronnen die gedreven worden door klimaatverandering. Onze inspanningen voor emissiereductie moeten agressiever zijn.”

Methaan is het op één na meest voorkomende door mensen geproduceerde broeikasgas, na kooldioxide. Een gelijke hoeveelheid methaan kan ongeveer 30 keer zoveel warmte vasthouden als CO₂ over een periode van 100 jaar. Methaan is verantwoordelijk voor ongeveer een kwart van de opwarming van de aarde sinds de industriële revolutie.

Lan heeft het afgelopen decennium de methaanconcentraties in de atmosfeer gevolgd in het Global Monitoring Laboratory van Boulder, dat onder de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) valt. Lan en haar collega’s bij NOAA hebben de afgelopen jaren een snelle stijging van de atmosferische methaan niveaus waargenomen. Terwijl eerdere studies hebben aangetoond dat de productie van fossiele brandstoffen goed is voor 30% van de wereldwijde methaanemissies, hebben Lan en haar collega’s een constante stijging van emissies uit microbiële bronnen opgemerkt sinds 2007.

Deze microben, met name een groep die bekend staat als archaea, produceren methaan als bijproduct van hun metabolisme in omgevingen zoals wetlands, stortplaatsen en het spijsverteringssysteem van vee. Samen dragen microbiële emissies bij aan bijna de helft van de wereldwijde methaanemissies, maar het blijft onduidelijk welke specifieke bronnen deze stijging aandrijven.

“Hoewel langdurige methaantrends belangrijk zijn om te onderzoeken, moeten we ook kijken naar seizoensgebonden variaties om te begrijpen hoe individuele bronnen veranderen en hoe de natuurlijke mechanismen die methaan uit de atmosfeer verwijderen zich ontwikkelen,” zei Lan.

Een vicieuze cirkel

Om een duidelijker beeld te krijgen, analyseerden Lan en haar team de seizoensgebonden fluctuaties in de atmosferische methaan niveaus over de afgelopen vier decennia. Ze ontdekten dat de seizoensamplitude van methaan – het verschil tussen de piek- en laagste methaanniveaus binnen een jaar – aan het afnemen is in noordelijke gebieden met hoge breedtegraad, waaronder de Arctis.

Met behulp van computermodellen toonde het team aan dat deze trend sinds de jaren ’80 grotendeels het resultaat is van toegenomen methaanemissies uit wetlands. Een toegenomen neerslag in de Arctis heeft de wetlands in de regio met 25% uitgebreid tijdens de warmere maanden. Stijgende temperaturen hebben ook een deel van de permanent bevroren bodemlaag diep onder de grond, bekend als permafrost, in de zomer doen smelten. De gesmolten, door water verzadigde bodems hebben ideale omstandigheden gecreëerd voor archaea om te gedijen, wat leidt tot hogere methaanemissies die op hun beurt de opwarming verder kunnen versnellen.

Wetenschappers hebben al lang gewaarschuwd voor dergelijke klimaatfeedbackloops, maar de precieze schaal en snelheid van deze effecten blijven onzeker. Lan merkte op dat deze nieuwe studie een extra bewijsstuk heeft toegevoegd dat natuurlijke methaanemissies al reageren op een warmer klimaat. “Deze studie, samen met een paar eerdere studies, heeft indirect bewijs geleverd over mogelijke klimaatfeedback op methaanemissies, wat buiten onze controle zou kunnen liggen,” zei Lan.

De scherpe stijging van het atmosferische methaan en de effecten van de klimaatfeedback sinds 2007 lijken op de meest dramatische opwarmingsevents van de aarde die eerdere ijstijden beëindigden, volgens eerder onderzoek van Lan. “Onze hoop is dat we door de emissies snel te verminderen, kunnen voorkomen dat we ernstigere en abrupte klimaatfeedbacks activeren die tot catastrofale gebeurtenissen kunnen leiden,” voegde ze eraan toe.

Methaan sponsen

De simulaties van het team ontdekten ook een toename van 10% in de niveaus van hydroxyl (OH) radicalen sinds 1984. Deze radicalen zijn zeer reactieve moleculen die methaan en andere luchtverontreinigende stoffen kunnen absorberen en verwijderen. Aangezien deze moleculen minder dan een seconde in de lucht blijven voordat ze reageren met andere verbindingen, kunnen wetenschappers ze niet direct wereldwijd meten. In het verleden gingen onderzoekers ervan uit dat de OH-niveaus constant bleven door de jaren heen bij het berekenen van atmosferische methaanemissies, maar deze studie suggereert dat die veronderstelling wellicht onjuist is.

“Onze resultaten toonden aan dat we hebben onderschat hoeveel methaan de atmosfeer heeft verwijderd, wat betekent dat er eigenlijk meer methaan wordt uitgestoten dan we eerder hebben geschat,” zei Lan. Het begrijpen van de specifieke bron van emissies is cruciaal bij het ontwerpen van klimaatmitigatiebeleid. Terwijl microbiële emissies verantwoordelijk zijn voor de meeste methaan groei, blijft door mensen geproduceerd methaan van het verbranden van fossiele brandstoffen een belangrijke bijdrager.

“We moeten agressief alle broeikasgasemissies verminderen van de bronnen die we kunnen beheersen,” benadrukte Lan. Ze voegde eraan toe dat de permafrost van de aarde momenteel minstens twee keer zoveel koolstof vasthoudt als er momenteel in de atmosfeer aanwezig is. Als toekomstige opwarming leidt tot wijdverspreide permafrostsmelting en die koolstof vrijgeeft, kan dit onomkeerbare veranderingen in het klimaat van de aarde triggeren. “We moeten de feedbackloop aanpakken voordat we dat kantelpunt bereiken.”