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Emisiones de metano del Ártico

Principales fuentes de emisiones globales de metano (2008-2017): [1] Las contribuciones del Ártico forman parte de la quinta columna denominada otras emisiones naturales .

Las emisiones de metano del Ártico contribuyen a un aumento de las concentraciones de metano en la atmósfera . Si bien la región del Ártico es una de las muchas fuentes naturales de metano, un gas de efecto invernadero , hoy en día también existe un componente humano debido a los efectos del cambio climático . [2] En el Ártico, las principales fuentes de metano de influencia humana son el deshielo del permafrost , el derretimiento del hielo marino del Ártico , la descomposición de clatratos y el derretimiento de la capa de hielo de Groenlandia . Esta liberación de metano da como resultado una retroalimentación positiva del cambio climático (es decir, una que amplifica el calentamiento), ya que el metano es un potente gas de efecto invernadero. [3] Cuando el permafrost se descongela debido al calentamiento global, grandes cantidades de material orgánico pueden estar disponibles para la metanogénesis y, por lo tanto, pueden liberarse como metano. [4]

Desde aproximadamente 2018, se han producido aumentos constantes en los niveles globales de metano en la atmósfera; el aumento de 2020 de 15,06 partes por mil millones rompió el récord anterior de 14,05 ppb establecido en 1991, y el de 2021 estableció un aumento aún mayor de 18,34 ppb. [5] Sin embargo, actualmente no hay evidencia que relacione al Ártico con esta aceleración reciente. [6] De hecho, un estudio de 2021 indicó que las contribuciones de metano del Ártico fueron generalmente sobreestimadas, mientras que las contribuciones de las regiones tropicales fueron subestimadas. [7]

Sin embargo, se considera que es muy probable que el papel del Ártico en las tendencias globales de metano aumente en el futuro. Hay evidencia de un aumento de las emisiones de metano a la atmósfera desde 2004 desde un sitio de permafrost siberiano vinculado al calentamiento. [8]

La mitigación de las emisiones de CO2 para 2050 (es decir, alcanzar emisiones netas cero ) probablemente no sea suficiente para detener la futura desaparición de la capa de hielo del océano Ártico en verano. También es necesaria la mitigación de las emisiones de metano y esto tiene que llevarse a cabo en un período de tiempo aún más corto. [9] Estas actividades de mitigación deben llevarse a cabo en tres sectores principales: petróleo y gas , residuos y agricultura. Utilizando las medidas disponibles, esto podría representar reducciones globales de aproximadamente 180 Mt/año o alrededor del 45% de las emisiones actuales (2021) para 2030. [10]

Valores y procesos observados

Concentraciones de metano en Utqiaġvik, Alaska (antes conocida como Barrow). En octubre de 2019 se alcanzó una concentración máxima de metano de 1988 partes por mil millones. [11]
Imagen que muestra el permafrost descongelado que da lugar al termokarst , una fuente de metano liberado del permafrost.

Los registros anuales de la NOAA sobre las concentraciones de metano en la atmósfera se han actualizado desde 1984. Muestran un crecimiento sustancial durante la década de 1980, una desaceleración del crecimiento anual durante la década de 1990, una meseta (que incluye algunos años de disminución de las concentraciones atmosféricas) a principios de la década de 2000 y otro aumento constante a partir de 2007. Desde aproximadamente 2018, ha habido aumentos anuales constantes en los niveles globales de metano, con el aumento de 2020 de 15,06 partes por mil millones rompiendo el aumento récord anterior de 14,05 ppb establecido en 1991, y 2021 estableciendo un aumento aún mayor de 18,34 ppb. [5]

Debido a la vida relativamente corta del metano atmosférico (7-12 años en comparación con los cientos de años del CO 2 [12] ), sus tendencias globales son más complejas que las del dióxido de carbono .

Estas tendencias alarman a los científicos del clima, y ​​algunos sugieren que representan una retroalimentación del cambio climático que aumenta las emisiones naturales de metano mucho más allá de sus niveles preindustriales. [13] Sin embargo, actualmente no hay evidencia que relacione al Ártico con esta aceleración reciente. [6] De hecho, un estudio de 2021 indicó que el papel del Ártico generalmente se sobreestimó en la contabilidad global del metano, mientras que el papel de las regiones tropicales se subestimó sistemáticamente. [7] El estudio sugirió que las emisiones de metano de los humedales tropicales eran las culpables de la reciente tendencia de crecimiento, y esta hipótesis fue reforzada por un documento de 2022 que relaciona las emisiones terrestres tropicales con el 80% de las tendencias globales de metano atmosférico entre 2010 y 2019. [14]

Sin embargo, se considera que es muy probable que el papel del Ártico en las tendencias globales de metano aumente en el futuro. Hay evidencia de un aumento de las emisiones de metano a la atmósfera desde 2004 desde un sitio de permafrost siberiano vinculado al calentamiento. [8]

La datación por radiocarbono de trazas de metano en burbujas de lagos y carbono orgánico del suelo concluyó que entre 0,2 y 2,5 Pg de carbono del permafrost se han liberado como metano y dióxido de carbono durante los últimos 60 años. [15] La ola de calor de 2020 puede haber liberado una cantidad significativa de metano de los depósitos de carbonato en el permafrost siberiano. [16]

Las emisiones de metano por la retroalimentación de carbono del permafrost ( amplificación del calentamiento de la superficie debido al aumento del forzamiento radiativo por la liberación de carbono del permafrost) podrían contribuir con un estimado de 205 Gt de emisiones de carbono, lo que generaría hasta 0,5 °C (0,9 °F) de calentamiento adicional para fines del siglo XXI. [17] Sin embargo, investigaciones recientes basadas en la composición isotópica de carbono del metano atmosférico atrapado en burbujas en el hielo antártico sugieren que las emisiones de metano del permafrost y los hidratos de metano fueron menores durante la última desglaciación , lo que sugiere que las futuras emisiones de metano del permafrost pueden ser menores que las estimadas anteriormente. [18]

Comparación de las mediciones de la atmósfera ártica y antártica

Las concentraciones atmosféricas de metano son entre un 8 y un 10 % más altas en el Ártico que en la atmósfera antártica . Durante las épocas de glaciares fríos, este gradiente disminuye a niveles insignificantes. [19] Se cree que los ecosistemas terrestres son las principales fuentes de esta asimetría, aunque en 2007 se sugirió que "el papel del océano Ártico está significativamente subestimado". [20] La temperatura del suelo y los niveles de humedad son variables importantes en los flujos de metano del suelo en entornos de tundra . [21] [22]

Fuentes de metano en el Ártico

Grandes cantidades de metano se almacenan en el Ártico en depósitos de gas natural , permafrost y como clatratos submarinos . El permafrost y los clatratos se degradan con el calentamiento, [23] por lo que pueden surgir grandes liberaciones de metano de estas fuentes como resultado del calentamiento global. [24] [25] [26] Otras fuentes de metano incluyen taliks submarinos , transporte fluvial, retroceso del complejo de hielo, permafrost submarino y depósitos de hidratos de gas en descomposición. [27] El permafrost contiene casi el doble de carbono que la atmósfera, [28] con ~20 Gt de metano asociado al permafrost atrapado en clatratos de metano . [29] El deshielo del permafrost da como resultado la formación de lagos termokarst en depósitos de yedoma ricos en hielo . [30] El metano congelado en el permafrost se libera lentamente a medida que el permafrost se descongela. [31]

Descongelación del permafrost

Cámaras de PMMA utilizadas para medir las emisiones de metano y CO2 en la turbera de Storflaket , cerca de Abisko , en el norte de Suecia .
El ciclo del carbono se acelera tras un deshielo abrupto (naranja) en relación con el estado anterior de la zona (azul, negro). [32]

El calentamiento global en el Ártico acelera la liberación de metano tanto de los depósitos existentes como de la metanogénesis en la biomasa en descomposición . [33] La metanogénesis requiere entornos completamente anaeróbicos, que ralentizan la movilización del carbono antiguo. Una revisión de Nature de 2015 estimó que las emisiones acumuladas de los sitios de permafrost anaeróbico descongelados eran un 75-85% inferiores a las emisiones acumuladas de los sitios aeróbicos, y que incluso allí, las emisiones de metano ascendían a solo el 3 al 7% del CO2 emitido in situ (por peso de carbono). Si bien representaban entre el 25 y el 45% del impacto potencial del CO2 sobre el clima en una escala de tiempo de 100 años, la revisión concluyó que el deshielo aeróbico del permafrost todavía tenía un mayor impacto en el calentamiento en general. [34] Sin embargo, en 2018, otro estudio publicado en Nature Climate Change realizó experimentos de incubación de siete años y descubrió que la producción de metano se volvía equivalente a la producción de CO2 una vez que se establecía una comunidad microbiana metanogénica en el sitio anaeróbico. Este hallazgo había aumentado sustancialmente el impacto general del calentamiento representado por los sitios de descongelación anaeróbica. [35]

Dado que la metanogénesis requiere entornos anaeróbicos, se asocia frecuentemente con los lagos del Ártico, donde se puede observar la aparición de burbujas de metano. [36] [37] Los lagos producidos por el deshielo de permafrost particularmente rico en hielo se conocen como lagos termokarst . No todo el metano producido en el sedimento de un lago llega a la atmósfera, ya que puede oxidarse en la columna de agua o incluso dentro del propio sedimento: [38] Sin embargo, 2022 observaciones indican que al menos la mitad del metano producido dentro de los lagos termokarst llega a la atmósfera. [39] Otro proceso que con frecuencia da lugar a importantes emisiones de metano es la erosión de las laderas estabilizadas por el permafrost y su colapso final. [40] En conjunto, estos dos procesos (colapso de laderas, también conocido como desprendimiento retrógrado por descongelación o RTS, por sus siglas en inglés) y formación de lagos termokársticos) se describen colectivamente como descongelamiento abrupto, ya que pueden exponer rápidamente volúmenes sustanciales de suelo a la respiración microbiana en cuestión de días, a diferencia del descongelamiento gradual, centímetro a centímetro, del suelo anteriormente congelado que predomina en la mayoría de los entornos de permafrost. Esta rapidez se ilustró en 2019, cuando tres sitios de permafrost que habrían estado a salvo del descongelamiento bajo la Vía de Concentración Representativa "intermedia" 4.5 durante 70 años más habían experimentado un descongelamiento abrupto. [41] Otro ejemplo ocurrió a raíz de una ola de calor siberiana de 2020, que se encontró que había aumentado la cantidad de RTS 17 veces en el norte de la península de Taymyr (de 82 a 1404), mientras que la movilización de carbono del suelo resultante aumentó 28 veces, a un promedio de 11 gramos de carbono por metro cuadrado por año en toda la península (con un rango entre 5 y 38 gramos). [32]

Hasta hace poco, el modelado de retroalimentación de carbono del permafrost (PCF) se había centrado principalmente en el deshielo gradual del permafrost, debido a la dificultad de modelar el deshielo abrupto y debido a las suposiciones erróneas sobre las tasas de producción de metano. [42] Sin embargo, un estudio de 2018, mediante el uso de observaciones de campo, datación por radiocarbono y teledetección para tener en cuenta los lagos termokarst , determinó que el deshielo abrupto duplicará con creces las emisiones de carbono del permafrost para 2100. [43] Y un segundo estudio de 2020 mostró que, en el escenario de emisiones en continua aceleración (RCP 8.5), se proyecta que las emisiones de carbono del deshielo abrupto en 2,5 millones de km2 proporcionarán la misma retroalimentación que el deshielo gradual del permafrost cercano a la superficie en los 18 millones de km2 que ocupa. [42] Por lo tanto, un deshielo abrupto añade entre 60 y 100 gigatoneladas de carbono para el año 2300, [44] aumentando las emisiones de carbono en un ~125–190% en comparación con un deshielo gradual solo. [42] [43]

Las emisiones de metano del permafrost descongelado parecen disminuir a medida que la turbera madura con el tiempo. [45]
Sin embargo, todavía hay un debate científico sobre la tasa y la trayectoria de la producción de metano en los entornos de permafrost descongelado. Por ejemplo, un artículo de 2017 sugirió que incluso en las turberas en descongelación con frecuentes lagos termokarst, menos del 10% de las emisiones de metano pueden atribuirse al carbono antiguo descongelado, y el resto es descomposición anaeróbica del carbono moderno. [46] Un estudio de seguimiento en 2018 incluso había sugerido que una mayor absorción de carbono debido a la rápida formación de turba en los humedales termokarst compensaría la mayor liberación de metano. [47] Otro artículo de 2018 sugirió que las emisiones de permafrost son limitadas después del deshielo termokarst, pero son sustancialmente mayores después de los incendios forestales. [48] ​​En 2022, un artículo demostró que las emisiones de metano de las turberas a partir del deshielo del permafrost son inicialmente bastante altas (82 miligramos de metano por metro cuadrado por día), pero disminuyen casi tres veces a medida que el pantano de permafrost madura, lo que sugiere una reducción de las emisiones de metano en varias décadas a un siglo después del deshielo abrupto. [45]

El hielo marino del Ártico se derrite

Un estudio de 2015 concluyó que la disminución del hielo marino del Ártico acelera las emisiones de metano de la tundra ártica , y que las emisiones para el período 2005-2010 fueron alrededor de 1,7 millones de toneladas más altas de lo que habrían sido con el hielo marino en los niveles de 1981-1990. [49] Uno de los investigadores señaló: "La expectativa es que con una mayor disminución del hielo marino, las temperaturas en el Ártico seguirán aumentando, y también lo harán las emisiones de metano de los humedales del norte". [50]

Las grietas en el hielo marino del Ártico exponen el agua del mar al aire, lo que hace que el mercurio del aire sea absorbido por el agua. Esta absorción hace que más mercurio, una toxina, entre en la cadena alimentaria , donde puede afectar negativamente a los peces y a los animales y personas que los consumen. [51] [52] El mercurio es parte de la atmósfera de la Tierra debido a causas naturales (ver ciclo del mercurio ) y debido a las emisiones humanas. [53] [54]

Descomposición del clatrato

El clatrato de metano se libera como gas en la columna de agua circundante o en los suelos cuando aumenta la temperatura ambiente.
La hipótesis del cañón de clatrato es una explicación propuesta para los períodos de calentamiento rápido durante el Cuaternario . La hipótesis es que los cambios en los flujos en las aguas intermedias superiores del océano causaron fluctuaciones de temperatura que alternadamente acumularon y ocasionalmente liberaron clatrato de metano en las pendientes continentales superiores. Esto habría tenido un impacto inmediato en la temperatura global, ya que el metano es un gas de efecto invernadero mucho más poderoso que el dióxido de carbono . A pesar de su vida atmosférica de alrededor de 12 años, el potencial de calentamiento global del metano es 72 veces mayor que el del dióxido de carbono durante 20 años, y 25 veces durante 100 años (33 cuando se tienen en cuenta las interacciones de aerosoles ). [55] Se propone además que estos eventos de calentamiento causaron los Ciclos de Enlace y los eventos interestadiales individuales , como los interestadiales de Dansgaard-Oeschger . [56]
En 2018, un artículo de perspectiva dedicado a los puntos de inflexión en el sistema climático sugirió que la contribución del cambio climático de los hidratos de metano sería "insignificante" para fines de siglo, pero podría ascender a 0,4-0,5 °C (0,72-0,90 °F) en las escalas de tiempo milenarias. [57] En 2021, el Sexto Informe de Evaluación del IPCC ya no incluyó los hidratos de metano en la lista de posibles puntos de inflexión y dice que "es muy poco probable que las emisiones de CH4 de los clatratos calienten sustancialmente el sistema climático en los próximos siglos". [58] El informe también había vinculado los depósitos de hidratos terrestres con los cráteres de emisión de gas descubiertos en la península de Yamal en Siberia , Rusia, a partir de julio de 2014, [59] pero señaló que, dado que los hidratos de gas terrestres se forman predominantemente a una profundidad inferior a 200 metros, se puede descartar una respuesta sustancial en los próximos siglos. [58] Asimismo, una evaluación de los puntos de inflexión de 2022 describió los hidratos de metano como una "retroalimentación sin umbral" en lugar de un punto de inflexión. [60] [61]

La capa de hielo de Groenlandia se derrite

Un estudio de 2014 encontró evidencia de ciclo de metano debajo de la capa de hielo del glaciar Russell , basado en muestras de drenaje subglacial que estaban dominadas por bacterias Pseudomonadota . Durante el estudio, se observó el derretimiento superficial más extendido registrado en los últimos 120 años en Groenlandia; el 12 de julio de 2012, había agua no congelada en casi toda la superficie de la capa de hielo (98,6%). Los hallazgos indican que los metanótrofos podrían servir como un sumidero biológico de metano en el ecosistema subglacial, y la región fue, al menos durante el tiempo de la muestra, una fuente de metano atmosférico . El flujo de metano disuelto a escala durante los cuatro meses de la temporada de derretimiento de verano para el área de captación del glaciar Russell (1200 km 2 ) se estimó en 990 toneladas de CH 4 . Debido a que esta área de captación es representativa de glaciares de salida similares de Groenlandia, los investigadores concluyeron que la capa de hielo de Groenlandia puede representar una fuente global significativa de metano. [62]

Un estudio de 2016 concluyó que podrían existir clatratos de metano debajo de las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida, basándose en evidencias pasadas. [63]

Reducción de las emisiones de metano

Más de la mitad de las emisiones globales de metano provienen de actividades humanas en tres sectores principales: combustibles fósiles (35% de las emisiones causadas por el hombre), desechos (20%) y agricultura (40%). [10] Dentro del sector de los combustibles fósiles, la extracción, procesamiento y distribución de petróleo y gas contribuyen con el 23%, mientras que la minería de carbón representa el 12% de estas emisiones. En el sector de los desechos, los vertederos y las aguas residuales comprenden alrededor del 20% de las emisiones antropogénicas globales. En la agricultura, las emisiones del ganado provenientes del estiércol y la fermentación entérica representan aproximadamente el 32%, y el cultivo de arroz contribuye con el 8% de las emisiones antropogénicas globales. La mitigación mediante las medidas disponibles podría reducir estas emisiones de metano en aproximadamente 180 Mt/año o alrededor del 45% para 2030. [10]

La mitigación de las emisiones de CO2 para 2050 (es decir, alcanzar emisiones netas cero ) probablemente no sea suficiente para detener la futura desaparición de la capa de hielo del océano Ártico en verano. También es necesaria la mitigación de las emisiones de metano, que debe llevarse a cabo en un período de tiempo aún más corto. [9]

Quema de metano en operaciones de petróleo y gas

ARPA-E ha financiado un proyecto de investigación desde 2021 a 2023 para desarrollar una "flota de microbengalas inteligentes" para quemar emisiones de metano en lugares remotos. [64] [65] [66]

Un artículo de revisión de 2012 afirmó que la mayoría de las tecnologías existentes "operan con corrientes de gas confinadas de 0,1% de metano" y eran más adecuadas para áreas donde el metano se emite en bolsas. [67]

Según el Consejo Ártico , si las operaciones de petróleo y gas del Ártico utilizan las mejores tecnologías disponibles (MTD) y las mejores prácticas ambientales (MPA) en la quema de gas de petróleo, esto puede resultar en reducciones significativas de las emisiones de metano. [68]

Véase también

Referencias

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