F. Albert Hyseni on Unsplash.

Written by 09:00 Klimat, Nauka, Technologie

Czy droga do „klimatycznego katharsis” wiedzie przez metan?

Adam Jaczewski, Piotr Sekuła, Rafał Stepnowski
IMGW-PIB

W debacie nad zmianą klimatu coraz częściej poruszaną kwestią jest znaczenie i udział metanu w efekcie cieplarnianym. Najwięcej pytań dotyczy ryzyka związanego z potencjalnym uwolnieniem pokładów tego gazu z wiecznej zmarzliny, której topnienie przyśpiesza w wyniku wzrostu temperatury powietrza. Po drugiej stronie mamy problem metanu antropogenicznego. Najnowsze badania wskazują, że redukcja jego emisji do zera może być skuteczną bronią w walce o osiągnięcie celów porozumienia paryskiego.

Metan jest silnym gazem cieplarnianych, ale w porównaniu z dwutlenkiem węgla ma krótszy czas życia. Średnio pozostaje w atmosferze około 10 lat, co oznacza, że wyemitowany do atmosfery dość szybko znika. Przy stałym tempie emisji już po kilkudziesięciu latach dochodzi do wyrównania ilości cząstek tego gazu znajdujących się w powietrzu. Ten mechanizm regulacji zawdzięczamy rodnikom hydroksylowym OH, które mają zdolność usuwania metanu z atmosfery. Jednak przy gwałtownym wzroście koncentracji CH4, zmniejsza się ilość rodników, a w efekcie wydłuża się czas życia metanu.

Od czasów przedprzemysłowych ilość metanu w atmosferze podwoiła się – głównie za sprawą emisji antropogenicznych. Obecnie 60 proc. CH4 pochodzi ze spalania paliw kopalnych, rolnictwa i gospodarki odpadami. Tymczasem gaz ten może być kluczowy dla osiągnięcia celów klimatycznych. Podczas COP26 w Glasgow 111 krajów z całego świata podpisało się pod projektem Global Methane Pledge, którego współautorem jest Unia Europejska. Celem inicjatywy jest redukcja emisji metanu przynajmniej o 30 proc. w latach 2020-2030, co powinno ograniczyć wzrost globalnej temperatury o 0,2 st. Celsjusza do roku 2050.

Wielu badaczy wskazuje, że dysponujemy narzędziami do znacznego łagodzenia wpływu metanu na globalne ocieplenie. Obejmują one zarówno redukcję emisji tego gazu z tzw. hot spotów, czyli np. wycieków z systemów dystrybucji, jak i jego wychwytywanie z powietrza. Według niektórych opracowań[i] można w ten sposób zmniejszyć dalsze ocieplanie się atmosfery Ziemi nawet o jedną czwartą. To w jaki sposób kształtowałby się system klimatyczny naszej planety przy zerowej emisji metanu (scenariusz ZAME) zbadali naukowcy z Wielkiej Brytanii. Wyniki przedstawili w artykule “The role of future anthropogenic methane emissions in air quality and climate”[ii].

Jak wskazują autorzy, jednym z największych problemów przy modelowaniu wpływu emisji metanu na temperaturę powierzchni Ziemi jest dobór modeli klimatycznych. Dlatego do swoich badań zastosowali specjalnie opracowaną konfigurację modelu UKCA (UK Chemistry and Aerosol model) z globalnym modelem UKESM1.0 (U.K. Earth System Model). Pozwoliło im to zasymulować skutki zerowej antropogenicznej emisji metanu w ramach w pełni interaktywnego modelu systemu klimatycznego Ziemi.

Wyniki symulacji wskazują, że po ustaniu antropogenicznej emisji metanu (scenariusz ZAME) poziom tego gazu w atmosferze zmniejsza się globalnie na tyle szybko, że już w 2030 roku osiąga stan sprzed epoki przemysłowej. Całkowite obciążenie metanem w ciągu 12 lat stabilizuje się na poziomie 1775 ± 15 Tg – 71 proc. poniżej scenariusza alternatywnego w 2050 roku.

Po lewej przedstawiono dane wejściowe do modelu: emisje metanu w latach 1985-2050 pochodzące z terenów podmokłych (kolor pomarańczowy), innych źródeł naturalnych (kolor zielony), spalania biomasy (ciemnopomarańczowy) oraz źródeł antropogenicznych (kolor różowy; kolorem szarym zaznaczono usunięte emisje metanu do 2050 roku wg scenariusza ZAME). Prawa grafika ilustruje stężenia powierzchniowe metanu od 1985 do 2050 roku w stosunku do roku 2020 w różnych scenariuszach: ZAME (kolor niebieski), SSP3-7.0 (kolor czerwony) i SSP1-2.6 (kolor pomarańczowy)*. Stężenie CH4 w czasach przedindustrialnych zaznaczone jest przerywaną linią szarą, a wartości z obserwacji NOAA przerywaną lina czarną. *SSP (ang. Shared Socio-economic Pathway) – Wspólne Ścieżki Społeczno-Ekonomiczne; zestaw scenariuszy z ostatniego Raportu IPCC (AR6).
Po lewej przedstawiono dane wejściowe do modelu: emisje metanu w latach 1985-2050 pochodzące z terenów podmokłych (kolor pomarańczowy), innych źródeł naturalnych (kolor zielony), spalania biomasy (ciemnopomarańczowy) oraz źródeł antropogenicznych (kolor różowy; kolorem szarym zaznaczono usunięte emisje metanu do 2050 roku wg scenariusza ZAME). Prawa grafika ilustruje stężenia powierzchniowe metanu od 1985 do 2050 roku w stosunku do roku 2020 w różnych scenariuszach: ZAME (kolor niebieski), SSP3-7.0 (kolor czerwony) i SSP1-2.6 (kolor pomarańczowy)*. Stężenie CH4 w czasach przedindustrialnych zaznaczone jest przerywaną linią szarą, a wartości z obserwacji NOAA przerywaną lina czarną.
*SSP (ang. Shared Socio-economic Pathway) – Wspólne Ścieżki Społeczno-Ekonomiczne; zestaw scenariuszy z ostatniego Raportu IPCC (AR6).

Wraz ze spadkiem stężenia metanu rośnie poziom rodników OH, które jak wspomniano we wstępie, mają zdolność usuwania metanu z atmosfery. Ilość cząsteczek OH zmniejsza się w scenariuszu ZAME bezpośrednio w wyniku redukcji reakcji CH4 + OH i pośrednio ze względu na zmniejszenie wtórnej produkcji tlenku węgla (CO), drugiego głównego pochłaniacza OH. W rezultacie średnie globalne stężenie OH stale rośnie i do roku 2035 osiąga stan o ponad 30 proc. wyższy niż obecnie. To bezprecedensowa zmiana, której nie doświadczyliśmy od 1850 roku, mogąca skutecznie ograniczyć żywotność metanu w atmosferze Ziemi.

Zmiany w składzie atmosfery w scenariuszu ZAME (kolor niebieski), SSP3-7.0 (kolor czerwony) i SSP1-2.6 (kolor pomarańczowy) w latach 2015-2050); ciemniejsze odcienie linii pokazują  uśredniony trend: a) globalne średnie troposferyczne stężenie OH; b) czas życia metanu; c) średnia dziesięcioletnia (2040-2050) zmiana stężenia powierzchniowego ozonu w ZAME w porównaniu z SSP3-7,0; d) stężenie powierzchniowe ozonu ważone populacją, zbiory danych populacyjnych są oparte na bazowych scenariuszach SSP46.
Zmiany w składzie atmosfery w scenariuszu ZAME (kolor niebieski), SSP3-7.0 (kolor czerwony) i SSP1-2.6 (kolor pomarańczowy) w latach 2015-2050); ciemniejsze odcienie linii pokazują uśredniony trend: a) globalne średnie troposferyczne stężenie OH; b) czas życia metanu; c) średnia dziesięcioletnia (2040-2050) zmiana stężenia powierzchniowego ozonu w ZAME w porównaniu z SSP3-7,0; d) stężenie powierzchniowe ozonu ważone populacją, zbiory danych populacyjnych są oparte na bazowych scenariuszach SSP46.

Metan jest ważnym prekursorem ozonu troposferycznego. Tą zależność bardzo dobrze widać w analizie badaczy z Wielkiej Brytanii. W scenariuszu ZAME stężenie ozonu gwałtownie spada w pierwszej dekadzie, a następnie stabilizuje się na poziomie 13,9 proc. poniżej wartości z 2014 roku. Odpowiada to historycznym globalnym poziomom O3 z lat 70. Najbardziej pozytywne zmiany obejmują obszary tropikalne półkuli północnej, charakteryzujące się najwyższą emisją prekursorów ozonu w troposferze, m.in. gęsto zaludnione Indie, co oznacza, że ścięcie do zera emisji CH4 relatywnie szybko poprawiłoby jakość życia ludzi w tych regionie.

Autorzy publikacji wskazują, że globalny wzrost średniej temperatury powietrza może być znacznie ograniczony w scenariuszu ZAME i to nawet przy braku istotnych zmian w emisjach CO2 . Jednak ten pozytywny trend zaznacza się tylko w perspektywie krótkoterminowej, 20-letniej. Rosnące stężenia pozostałych gazów cieplarnianych prowadzą po 2035 roku do dalszego wzrostu temperatury, a znaczenie zerowej emisji metanu nie jest już tak spektakularne, chociaż z pewnością nie może być pominięte. W scenariuszu SSP37.0, utrzymująca się duża emisja tego gazu ze źródeł przemysłowych i rolniczych, w perspektywie roku 2050, skutkuje ociepleniem się powierzchni Ziemi o 0,96±0,09 stopnia powyżej wartości uzyskanej w scenariuszu ZAME. Co gorsza, prognoza SSP37.0 prowadzi do prawie 2-stopniowego wzrostu temperatury powietrza,  przekraczając limity jakie zapisano w porozumieniu paryskim. Badania Brytyjczyków pokazują, że jedną trzecią całkowitego wzrostu temperatury SSP37.0 do 2050 roku można przypisać przyszłym antropogenicznym emisjom metanu. To dodatkowo podkreśla potencjał redukcji tego gazu cieplarnianego dla łagodzenia klimatu, chociaż nie zwalnia nas z konieczności ograniczenia emisji CO2.

Rozkład wskaźników klimatycznych dla scenariuszy ZAME (kolor niebieski), SSP3-7.0 (kolor czerwony) i SSP1-2.6 (kolor pomarańczowy); ciemniejsze odcienie linii pokazują  uśredniony trend: a) anomalia globalnej średniej temperatury w latach 2015-2050 w odniesieniu do 2015 roku; b) różnica temperatur w latach 2040-2050 między scenariuszem ZAME i SSP3-7.0; c) średnie dzienne opady w latach 2015-2050; d) różnica 10-letnich średnich opadów w latach 2040-2050 między scenariuszem ZAME i SSP3-7.0, obszary na czerwono odpowiadają terenom, gdzie w scenariuszu ZAME występuje mniej opadów niż w SSP3-7.0.
Rozkład wskaźników klimatycznych dla scenariuszy ZAME (kolor niebieski), SSP3-7.0 (kolor czerwony) i SSP1-2.6 (kolor pomarańczowy); ciemniejsze odcienie linii pokazują uśredniony trend: a) anomalia globalnej średniej temperatury w latach 2015-2050 w odniesieniu do 2015 roku; b) różnica temperatur w latach 2040-2050 między scenariuszem ZAME i SSP3-7.0; c) średnie dzienne opady w latach 2015-2050; d) różnica 10-letnich średnich opadów w latach 2040-2050 między scenariuszem ZAME i SSP3-7.0, obszary na czerwono odpowiadają terenom, gdzie w scenariuszu ZAME występuje mniej opadów niż w SSP3-7.0.

Ścięcie emisji metanu antropogenicznego do zera nie uratuje nas przed klimatyczną katastrofą. Może jednak dać nam nieco więcej czasu do wdrożenia skutecznej polityki redukowania dwutlenku węgla i odchodzenia od paliw kopalnych. Zwłaszcza że środki jakie należy podjąć do zmniejszenia produkcji metanu antropogenicznego są znacznie mniej kosztowne i dostępne tu i teraz. Inicjatywa Global Methane Pledge podjęta przez znaczną część krajów może okazać się jednym z milowych kroków w walce o ochronę klimatu dla przyszłych pokoleń. Pozostaje mieć nadzieję, że deklaracje nie pozostaną tylko na papierze, a do grona państw planujących zmniejszenie emisji metanu dołączy również Polska.

[i] https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/abf9c8
[ii] https://www.nature.com/articles/s41612-022-00247-5


Zdjęcie główne: Albert Hyseni | Unsplash

(Visited 248 times, 1 visits today)
Close