Tilaa uutiskirje RSS-syöte
Perjantai 19.04.2019

Ilmastouutisia

Metaanin päästöjä ja ilmastovaikutuksia


24.05.2011 09:23

Kuva: Flickr / whirling_phoenix

Uusien tutkimusten mukaan ihmiskunnalla on saattanut olla vaikutusta ilmakehän metaanipitoisuuteen jo satoja vuosia sitten. Ilmakehän metaanipitoisuus on alkanut taas nousta kymmenen vuoden vakaan jakson jälkeen.

Sekä vakaa jakso että uusi nousu näyttäisi tutkijoiden mukaan johtuvan pääasiassa kosteikkojen olosuhteiden muutoksista. Merten pohjassa olevat metaaniklatraatit saattavat voimistaa tulevaisuudessa ilmaston lämpenemistä, mutta ne eivät ehkä aktivoidu vielä kuluvan vuosisadan aikana. Metaania saattaa tulevaisuudessa alkaa vapautumaan myös syvästä merestä. Metaanipäästöt sedimenteistä saattavat selittää ainakin osittain eoseenikauden korkean hiilidioksidipitoisuuden ja lämpimän ilmaston. Lisäksi metaanipäästöt saattavat aiheuttaa ilmakehässä kemiallisia reaktioita, joilla on ilmaston lämpenemistä voimistava vaikutus.

Hiilidioksidista puhutaan ilmastonmuutoksen yhteydessä paljon, mutta myös metaaniin liittyy monia kovan tutkimuksen alla olevia kysymyksiä. Metaaniin liittyvää tutkimusta ilmestyykin paljon. Tässä käydään lyhyesti läpi kahdeksan viimeaikaisen tutkimuksen tuloksia. Tutkimukset liittyvät ilmakehän metaanipitoisuuden kehitykseen, päästölähteisiin ja nieluihin sekä ilmastovaikutuksiin menneisyydessä, nykyisyydessä ja tulevaisuudessa.

Ilmakehän metaanipitoisuus

Tutkija Logan Mitchell kollegoineen on tehnyt uuden rekonstruktion ilmakehän metaanipitoisuudesta vuosien 1000 ja 1800 väliltä. Rekonstruktiolla on hyvä ajallinen erottelukyky ja perustuu länsi-Antarktikselta otettuun WAIS Divide -jääkairanäytteeseen. WAIS Dividen jäästä mitatut metaanipitoisuudet vastaavat hyvin Law Domen jääkairanäytteestä aiemmin mitattuja metaanipitoisuuksia. Law Domen metaanipitoisuuden rekonstruktio on aiemmista hyvän ajallisen erottelukyvyn rekonstruktioista ainoa, joka kattaa saman aikajakson.

Uusi metaanirekonstruktio korreloi vain heikosti lämpötilan ja sadannan rekonstruktioiden kanssa. Parhaat korrelaatiot lämpötilan kanssa näyttäisivät olevan pohjoisen pallonpuoliskon korkeiden leveysasteiden lämpötilojen kanssa vuosien 1400 ja 1600 välillä, jolloin niin sanottu pieni jääkausi oli alkamassa. Ihmiskunnan populaatioiden laskut sodista ja ruttoepidemioista johtuen näkyvät metaanipitoisuuden rekonstruktiossa pieninä notkahduksina.

Metaanipitoisuus on lisääntynyt esiteollisesta ajasta lähtien merkittävästi. Nykyinen metaanipitoisuus on noin 150 prosenttia korkeampi kuin esiteollisella ajalla. Metaanipitoisuuden kasvu kuitenkin vakaantui 2000-luvulle tultaessa, mutta viimeaikaisissa tutkimuksissa on havaittu metaanipitoisuuden lähteneen taas nousuun alkaen vuodesta 2007. Schneising ja muut ovat tutkineet ilmakehän metaanipitoisuuden viimeaikaista vaihtelua satelliittimittauksien avulla. Mittaukset ovat peräisin ENVISAT-satelliitin kyydissä olevasta SCIAMACHY-mittalaitteesta. Mittauksia on käytettävissä vuodesta 2003 alkaen.

Tuloksien perusteella metaanipitoisuuden aiempi vakaa tilanne on kääntynyt nousuun viime vuosina. Tulos tukee aiempia maanpinnalta tehtyjä mittauksia sekä satelliittitutkimuksia (Katso myös Ilmastotiedon uutinen aiheesta )

Metaanipitoisuus nousee mittausten mukaan voimakkaimmin tropiikissa sekä pohjoisilla keski- ja korkeilla leveysasteilla. Näillä alueilla nousu vuoden 2007 jälkeen on ollut noin 7,5 miljardisosaa (ppb) vuodessa.

Metaanin nykyiset lähteet ja nielut

Metaanin lähteitä ovat kosteikot, ihmisen toiminta (karjantuotanto, riisinviljely, jätevedet, täyttömaat ja fossiilisten polttoaineiden tuotanto, varastointi, kuljetus sekä jakelu) ja biomassa poltto (sekä luonnollinen että ihmisen toimesta tapahtuva). Metaanipäästöt ovat globaalisti 500 - 600 teragrammaa vuodessa, josta ihmistoiminnan osuus on 60 - 70 prosenttia. Metaani poistuu ilmakehästä pääasiassa reaktioista hydroksyyliradikaalin (OH, sähköisesti neutraali hydroksyyli) kanssa troposfäärissä. Hydroksyyliradikaalin osuus metaanin poistumisesta on noin 90 prosenttia. Loput poistuvasta metaanista menee maaperään, mereen tai kemiallisiin prosesseihin stratosfäärissä.

Ihmiskunnan toiminnasta tuleva metaani lisääntyy melko tasaisesti ajan myötä, joten ilmakehän metaanipitoisuuden lyhytaikainen vaihtelu aiheutuu lähinnä kosteikkojen päästöistä sekä biomassan poltosta. Myös hydroksyyliradikaali voi vaikuttaa asiaan, mutta sen vaikutus lyhytaikaiseen vaihteluun tunnetaan vielä huonosti.

Metaanipitoisuuden 1990-luvulla tapahtuneen vakautumisen syyksi on ehdotettu Neuvostoliiton romahdusta, mikä olisi aiheuttanut metaanipäästöjen vähenemisen. Päästöinventaarioissa näkyykin se, että vuosien 1990 ja 2005 välillä Manner-Euroopassa (mukaan lukien Länsi-Venäjä) metaanipäästöt vähenivät. Pohjois-Amerikassa päästöt pysyivät tuona aikana tasaisena. Samaan aikaan nousevissa talouksissa (erityisesti Kiinassa) metaanipäästöt kasvoivat merkittävästi, minkä takia trooppisten alueiden ja Itä-Aasian päästöt ovat kasvaneet. Kokonaisuudessaan maailman metaanipäästöjen on arvioitu nousseen noin 32 teragrammalla vuoden 1990 jälkeen.

Vakautumisen syyksi on myös ehdotettu kosteikkojen vähenneitä päästöjä. Pohjoisella pallonpuoliskolla olosuhteet muuttuivat kuivemmiksi 1990-luvun ja 2000-luvun taitteessa. Tämä vähentää metaanipäästöjä kosteikoista. Myös metaanipitoisuuden vuodesta 2007 alkaneen uuden nousun oletetaan tulevan kosteikoilta. Vuosina 2007 ja 2008 tärkeimmillä kosteikkoalueilla (esimerkiksi Siperiassa ja tropiikissa) oli hyvin lämmintä ja satoi paljon. Näissä olosuhteissa kosteikot päästävät paljon metaania.

Ilmakehän mittauksien perusteella pystytään sulkemaan biomassan poltto pois viimeaikaisen metaanipitoisuuden nousun aiheuttajana ainakin pohjoisessa, eikä biomassan poltto ole tropiikissakaan ollut kovin merkitsevä tekijä. Myöskään hydroksyyliradikaalit eivät ilmeisesti ole vaikuttaneet asiaan merkittävästi. Uudessa tutkimuksessa Bousquet ja kumppanit ovat käyttäneet ilmastomalleja (paria käänteistä päästömallia ja ekosysteemimallia kosteikkojen päästöjen simulointiin) viimeaikaisten metaanilähteiden selvittelyyn vuosien 2006 ja 2008 välillä.

Käänteisten mallien tulokset täsmäävät toisiinsa globaalisti. Tuloksien mukaan vuonna 2006 metaanipäästöt pienenivät ja vuosina 2007 sekä 2008 suurenivat. Tutkitulla aikavälillä suurin tekijä metaanipäästöjen kasvussa näytti olleen tropiikin kosteikkojen päästöt. Metaanipäästöjen lähteinä näyttäytyvät käänteisissä malleilla sekä ekosysteemimallissa trooppinen Etelä-Amerikka ja pohjoinen Euraasia. Mallituloksien perusteella hydroksyyliradikaalit eivät ole vaikuttaneet merkittävästi metaanipäästöjen nousuun.

Kosteikot ovat tällä hetkellä suurin luonnollinen metaanin lähde varsinkin pohjoisessa. Metaania syntyy pohjoisen kosteikoissa orgaanisen aineksen hajotessa hapettomissa olosuhteissa. Syntyvä metaanin noustessa maan pinnalle, se kohtaa happea ja osa metaanista hapettuu. Jäljelle jäävä metaani nousee ilmakehään. Metaanin tuotto riippuu ensisijaisesti maaperän lämpötilasta. Hapettomien olosuhteiden esiintyminen riippuu pohjaveden korkeudesta.

Asiantuntija Pickett-Heaps kollegoineen on tutkinut metaanipäästöjä Hudsoninlahden alueen kosteikoista. Alueen kosteikot ovat pinta-alaltaan 320 000 neliökilometriä (10 prosenttia koko pohjoisten kosteikkojen kattamasta pinta-alasta) ja ovat Länsi-Siperian kosteikkojen jälkeen toiseksi suurin pohjoinen kosteikkoalue. Tutkimuksessa käytettiin alueelta lentokoneesta käsin tehtyjä metaanipitoisuuden mittauksia, joita verrattiin tietokonemallin simulaatioihin. Lisäksi käytettiin metaanimittauksia kosteikon ulkopuolelta vartailukohtana, jotta saatiin määritettyä kosteikolle ominaiset metaanipäästöt.

Kosteikon ja kosteikon ulkopuolisten metaanimittausten välillä on huomattava ero, mikä selvästi viittaa kosteikon metaanipääästöihin. Kosteikon metaanipäästöt alkavat toukokuussa ja ovat voimakkaimmillaan heinä-elokuussa. Päästöt lakkaavat syyskuussa. Malli simuloi metaanipäästöjä muuten melko hyvin, mutta aluksi metaanipäästöt alkavat hiukan aiemmin ja loppuvat hiukan myöhemmin kuin havainnoissa. Tämä ilmeisesti johtuu lumipeitteen vaikutuksesta ja kun vaikutus otetaan huomioon mallissa, simulaation tulokset muuttuvat selvästi paremmaksi myös metaanipäästökauden ajoituksen osalta. Tutkijoiden parhaan arvion perusteella Hudsoninlahden alueen kokonaismetaanipäästöt näyttäisivät olevan noin 2,3 teragrammaa vuodessa, mikä on moninkertainen määrä aiempiin arvioihin nähden. Eron arvellaan johtuvan siitä, että aiemmissa tutkimuksissa ei ehkä ole otettu alueen joitakin metaanilähteitä huomioon.

Metaanipäästöt tulevaisuudessa - uinuva jättiläinen?

Saksalaisen Leibniz-instituutin tutkijat ovat puolestaan tutkineet Arne Biastochin johdolla Jäämeren pohjan veden lämpötilan kehittymistä ilmaston lämmetessä ja metaanipäästöjä Jäämeren pohjassa olevista metaanihydraateista. Jäämeren rannikkovesissä on valtavat määrät metaanihydraatteja varastoituneena pohjan sedimentteihin. Metaanihydraatit pysyvät vakaana ympäristön alhaisen lämpötilan ja korkean paineen ansiosta. Ilmaston lämpeneminen saattaa aiheuttaa epävakautta metaanihydraatteihin, jolloin hydraateista saattaa vapautua metaania mereen ja ehkä myös ilmakehään. Nykytiedon valossa näyttää siltä, että arktiset alueet tulevat lämpenemään huomattavasti ilmastonmuutoksen myötä.

Tutkimuksen tuloksien perusteella Jäämeren pohjavedet lämpenevät epätasaisesti alueesta riippuen. Voimakkain lämpeneminen näyttäisi tapahtuvan Atlantilta virtaavan veden vaikutusalueen matalissa vesissä. Seuraavan sadan vuoden aikana lämpeneminen tulisi vaikuttamaan neljäsosaan matalilla ja puolisyvillä alueilla sijaitsevista metaanihydraatteja sisältävistä alueista. Metaanin vapautuminen näiltä alueilta saattaisi voimistaa meren happamoitumista ja happivajetta. Mallisimulaatioiden perusteella metaanin vapautuminen tutkitun sadan vuoden aikajaksolla ei vielä voimistaisi ilmaston lämpenemistä merkittävästi.

Metaaniklatraattien tulevan käyttäytymisen kannalta on oleellista tietää, miten klatraatit ja merenpohjan metaani yleensä ovat käyttäytyneet menneissä ilmastonmuutoksissa. Myös metaanin käyttäytymistä edellisen jäätiköitymisen aikana Beringinmeren pohjasta otetuista kairanäytteistä on tutkittu. Tutkitut alueet ovat noin 700 ja 1500 metrin syvyisiä.

Kairanäytteiden analyysissä näkyy useita voimakkaan metaanipitoisuuden jaksoja. Radiohiiliajoituksen perusteella jaksot tapahtuvat samanaikaisesti kummassakin kaira näytteessä ja lisäksi jaksot sopivat sekä ajoitukseltaan että kestoltaan yhteen Dansgaard-Oeschgerin tapahtumien kanssa. Näyttää siltä, että metaani on lisääntynyt tuolloin samanaikaisesti koko alueella. Metaani ei kuitenkaan ole peräisin metaaniklatraateista, sillä tutkitut alueet ovat liian syvällä metaaniklatraattien epävakaudelle. Tutkimuksen tulokset viittaavat siihen, että tuhansien vuosien kuluessa myös syvän meren sedimenteissä oleva metaani voi alkaa purkautua.

Metaani saattaa voimistaa ilmastonmuutosta

Metaani on voimakas kasvihuonekaasu. Maapallon sedimenteissä on orgaanista hiiltä 10 miljoonaa miljardia tonnia, eli paljon enemmän kuin kivihiiltä, öljyä, maakaasua ja biomassaa yhteensä. Tämän valtavan massan muokkautuessa kemiallisten, fyysisten ja biologisten prosessien toimesta, siitä saattaa aiheutua suuret määrät kasvihuonekaasupäästöjä ja sitä kautta sedimenttien hiilivarastot saattavat kontrolloida maapallon ilmastoa.

Tutkijat ovat myös arvioineet sedimenteistä vapautuvan metaanin roolia menneissä ilmastonmuutoksissa. Toistaiseksi syvältä sedimenttien orgaanisesta hiilestä vapautuvaa metaania ei ole otettu huomioon ilmastomalleissa tai ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden arvioissa. Eoseenikaudella vallitsi hyvin lämmin ilmasto, joka edellyttäisi suuri ilmakehän hiilidioksidipitoisuuksia. Sedimenteistä vapautuva metaani voisi selittää eoseenin suuret hiilidioksidipitoisuudet, jotka olivat jopa 20 kertaa suuremmat kuin esiteollisella ajalla.

Metaania olisi voinut vapautua sedimenteistä litosfäärilaattojen (eli mannerlaattojen) liikkuessa tai magmaan liittyvien prosessien yhteydessä. Tämä olisi voinut aiheuttaa maapallon lämpenemisen. Lämpenemisen jatkuessa pidempään myös sedimentit olisivat lämmenneet, mikä olisi voinut aiheuttaa metaaniklatraattien purkautumista. Tämä olisi voimistanut lämpenemistä.

Esiteollisella ajalla sedimenteistä purkautuva metaani on saattanut aiheuttaa kolmasosan ilmakehän metaanipitoisuudesta. Niinpä sedimenttien metaanipurkausten vaihtelu voi vaikuttaa ilmastoon myös lyhyemmällä kuin miljoonien vuosien aikaskaalalla.

Norjalaiset ja Yhdysvaltalaiset tutkijat ovat julkaisseet tutkimusartikkelin, jossa esitetään myös toisia tapoja, joilla metaani saattaa voimistaa ilmaston lämpenemistä. Heidän tutkimuksensa tuloksien perusteella ilmakehään vapautuva metaani vaikuttaa ilmakehän kemiaan niin, että siitä aiheutuu huomattavasti enemmän lämpenemistä, kuin pelkän metaanin kasvihuonevaikutus. Metaanin purkautuessa nimittäin erilaiset kemialliset prosessit näyttävät pidentävät metaanin elinikää ilmakehässä sekä vaikuttavat otsonin, stratosfäärissä olevan vesihöyryn ja hiilidioksidin määrään ilmakehässä.

Ari Jokimäki

Bookmark and Share




Lisätietoa

Rising Arctic Ocean temperatures cause gas hydrate destabilization and ocean acidification, Geophys. Res. Lett
Source attribution of the changes in atmospheric methane for 2006‚Äď2008, Atmos. Chem. Phys.
Repeated pulses of vertical methane flux recorded in glacial sediments from the southeast Bering Sea, Paleoceanography
Strong atmospheric chemistry feedback to climate warming from Arctic methane emissions, Global Biogeochem.
Atmospheric methane from organic carbon mobilization in sedimentary basins - the sleeping giant?, Earth-Science Reviews, 2011
Multidecadal variability of atmospheric methane, 1000‚Äď1800 C.E., J. Geophys. Res.
Magnitude and seasonality of wetland methane emissions from the Hudson Bay Lowlands (Canada), Atmos. Chem. Phys
Long-term analysis of carbon dioxide and methane column-averaged mole fractions retrieved from SCIAMACHY, Atmos. Chem. Phys.


12


Jaana Kaipainen, Tarja Tuomainen:
Metsäkadon päästöt ja niiden vähentäminen Suomessa
Marja Järvelä:
Kuluttajista ilmastokansalaisiksi
Ilkka Savolainen:
Turvepeltojen päästöjä pitää vähentää
Antti Mäkelä:
Rankkasateet ja rajuilmat - mihin pitää varautua tulevaisuudessa?
Sanna Kopra:
Kiina nousemassa ilmastopolitiikan johtajaksi?
Pinja Sipari:
Ilmastokasvatusta opettajille
Anne Tolvanen:
Terve luonto osaksi maankäyttöä
Ilkka Savolainen, Sanna Syri:
Puusähköllä ajaa pidemmälle kuin puudieselillä - kumpaan metsiämme siis kannattaa käyttää?
Mikko Alestalo:
Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus jatkaa kasvuaan
Eemeli Tsupari, CO2Esto:
Lehmän lannalla liikenteeseen
Unto Eskelinen:
Yksinkertainen viesti ympäristökestävyydestä
Ilkka Savolainen:
Puun energiakäyttö ei ole ongelmatonta
Antti Iho:
Rajoja ja rakkautta ympäristönsuojelussa
Riitta Silvennoinen:
Bemarin uusi ekologinen elämä
Leena Kontinen:
Ihmisten Pariisi - muutos on alkanut
Piia Moilanen:
Tuottavuusloikka pyöräillen
Teija Lahti-Nuuttila:
Energiatehokkuudella vähemmästä enemmän
Jussi Uusivuori:
Väärät verot tulevat kalliiksi
Aki Mäki-Petäys:
Vaelluskalojen kohtalon hetki - nyt on aika toimia
Oras Tynkkynen:
Pariisin voittajat
Oras Tynkkynen:
Uusi sopimusluonnos avattuna
Emma Lommi:
Ilmastonmuutos on merkittävimpiä globaaleja terveys- ja tasa-arvokysymyksiä
Hanna-Liisa Kangas:
Teknologiayhteistyö tapahtuu kentällä - ei työpajoissa
Hanna Hakko:
Hanasaari suljetaan - seuraavaksi Suomen ja maailman muut fossiilivoimalat
Oras Tynkkynen:
Miksi en taputtanut Malesialle

Lisää blogeja >>

¬ŅQui√©nes son los responsables de afrontar el cambio clim√°tico?

Source: Infobae - El cambio clim√°tico es probablemente el mayor desaf√≠o ambiental y social que enfrenta la humanidad, y que fue generado por el ser humano. Es un problema global que se resuelve en forma global, en donde existen muchos matices que hacen dif√≠cil el consenso entre los pa√≠ses respecto a las decisiones que deben tomarse. Sin embargo, todos reconocen el siguiente principio como marco de discusi√≥n: principio de responsabilidades comunes pero diferenciadas. Este principio reconoce que todos los pa√≠ses tienen responsabilidad com√ļn de solucionar el problema, aunque no todos en el mismo nivel y grado, ya que hist√≥ricamente los pa√≠ses desarrollados han contaminado m√°s a efecto de construir sus econom√≠as que aquellos que est√°n en v√≠as de desarrollo. Y no todos los pa√≠ses tienen la misma capacidad y recursos para enfrentar la problem√°tica.

Consecuencias del cambio clim√°tico en los peces

Source: El tiempo - Una subida de 2¬įC altera la metilaci√≥n del ADN y la expresi√≥n de genes claves para la supervivencia y el desarrollo. Este estudio ofrece una nueva visi√≥n sobre las consecuencias del cambio clim√°tico en los peces a trav√©s de modificaciones epigen√©ticas en todo el genoma

Could evaporation be the next renewable energy?

Source: Reuters - Wind and solar power are growing as sustainable alternatives to fossil fuels, but storing renewable energy through the night, when the sun isn?t shining, or when no wind is rotating the turbines, remains a hurdle.

Figueres: ?Estados Unidos pierde competitividad saliendo del Acuerdo de París?

Source: EFE Verde - La ex secretaria de cambio climático de la ONU que alcanzó el Acuerdo de París y actual directora del proyecto Misión 2020, Christiana Figueres, subraya que EE.UU. "se queda rezagado y pierde competitividad" abandonando el Acuerdo de París y cediendo a otros países el liderazgo de la economía baja en carbono.

Reducir la deforestación e incrementar captura de CO2 en el suelo, una estrategia climática y de seguridad alimentaria

Source: El Peri√≥dico - Las pol√≠ticas clim√°ticas que se centran en la agricultura y los bosques podr√≠an llevar al aumento de los precios de los alimentos, pero reducir la deforestaci√≥n e incrementar la captura de carbono en la agricultura podr√≠a reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero, evitando riesgos para la seguridad alimentaria, seg√ļn un nuevo estudio publicado en 'Environmental Research Letters'.

Kunnat CO2-raportissa

Äänekoski
Alavus
Aura
Espoo
Eurajoki
Forssa
Hämeenkyrö
Hämeenlinna
Hamina
Hankasalmi
Hanko
Hartola
Hausjärvi
Heinola
Helsinki
Hollola
Hyvinkää
Iisalmi
Iitti
Ikaalinen
Ilmajoki
Ilomantsi
Imatra
Järvenpää
Janakkala
Joensuu
Jokioinen
Jyväskylä
Kärkölä
Kaarina
Kajaani
Kangasala
Karkkila
Kauniainen
Kemi
Kemiönsaari
Kerava
Kirkkonummi
Kiuruvesi
Kokkola
Kotka
Kouvola
Kuhmoinen
Kuopio
Kuortane
Kurikka
Kuusamo
Lahti
Laitila
Lappeenranta
Lapua
Lempäälä
Lieto
Lohja
Loimaa
Loviisa
Mäntsälä
Mänttä-Vilppula
Masku
Mikkeli
Mynämäki
Naantali
Nakkila
Nousiainen
Nurmijärvi
Orimattila
Oulu
Padasjoki
Paimio
Parainen
Parikkala
Pirkkala
Pori
Pornainen
Porvoo
Posio
Punkalaidun
Pyhtää
Raahe
Raisio
Rauma
Riihimäki
Rovaniemi
Rusko
Salo
Sastamala
Sauvo
Seinäjoki
Sipoo
Somero
Suomussalmi
Suonenjoki
Sysmä
Taivalkoski
Tampere
Turku
Tuusula
Ulvila
Uusikaupunki
Vaasa
Vantaa
Varkaus
Vihti
Ylöjärvi
Ylivieska