Войти
Концентрации метана до сентября 2020 года: месячный пик в 1900,49 частей на миллиард был достигнут в ноябре 2018 года. 
Компиляция палеоклиматология данные метана 
Наблюдения за метаном с 2005 по 2014 год, показывающие сезонные колебания и разницу между северным и южным полушариями 
Компьютерные модели, показывающие количество метана (частей на миллион по объему)) на поверхности (вверху) и в стратосфере (внизу) Атмосферный метан - это метан, присутствующий в атмосфере Земли. Концентрации метана в атмосфере представляет интерес, потому что это один из самых сильных парниковых газов в атмосфере Земли. Уровень метана в атмосфере растет.
20-летний потенциал глобального потепления метана составляет 84. То есть за 20-летний период он улавливает в 84 раза больше тепла на единицу массы, чем углекислый газ ( CO 2) и в 32 раза больше эффекта с учетом взаимодействия аэрозоля. Глобальные показатели метана выросли с 722 частей на миллиард (частей на миллиард) в доиндустриальные времена до 1866 частей на миллиард к 2019 году, увеличившись в 2,5 раза и достигнув максимальных значений за последние 800000 лет. Его уровень выше в Северном полушарии, из множества источников (как естественных, так и антропогенных), расположенных на суше, а в Северном полушарии больше суши. Концентрации изменяются в зависимости от сезона, например, в северных тропиках в апреле-мае они достигают минимума, в основном из-за удаления гидроксильным радикалом. Он остается в атмосфере в течение 12 лет.
В начале истории Земли углекислый газ и метан, вероятно, вызывали парниковый эффект. Углекислый газ был произведен вулканами, а метан - ранними микробами. В это время на Земле появилась самая ранняя жизнь. Эти первые древние бактерии увеличивали концентрацию метана, превращая водород и углекислый газ в метан и воду. Кислород не эволюционировал позже в истории Земли. В отсутствие кислорода метан оставался в атмосфере дольше и в более высоких качех, чем сегодня.
Известные источники метана в основном расположены вблизи поверхности Земли. В сочетании с вертикальными атмосферными движениями и относительно долгим сроком службы метана считается хорошо перемешанным газом. Другими словами, метана постоянной по высоте в тропосфере. Основным стоком метана в тропосфере является реакция с гидроксильными радикалами, которые образуются в результате реакции элементов синглетного кислорода с водяным паром. Метан также присутствует в стратосфере, где метана уменьшается с высотой.
Метан в атмосфере Земли - сильный парниковый газ с потенциалом глобального глобального потепления (GWP) в 84 раза больше CO 2 в течение 20 лет; метан не является таким стойким газом, как CO 2 (при условии отсутствия изменений в скорости связывания углерода), и его значение GWP составляет примерно 28 за 100-летний период. Это означает, что выбросы углерода будут иметь 28 большее влияние на температуру, чем выбросы двуокиси углерода той же массы в течение следующих 100 лет, при условии изменений в выбросах углерода. Метанада оказывает большое влияние, но в течение относительно короткого периода, имея расчетный средний период полураспада в атмосфере 9,1 года, в то время как диоксид углерода в настоящее время оценивается как средний срок службы 100 лет.
Глобально метана в атмосфере Земли увеличилась примерно на 150% с 722 ± 25 частей на миллиард в 1750 году до 1803,2 ± 1,2 частей на миллиард в 2011 году. По состоянию на 2011 год метан вносит радиационное смешанное воздействие 0,48 ± 0,05 Вт · м, или около 17% от общего радиационного воздействия от всех долгоживущих и глобально парниковых газов. По данным NOAA, уровень метана в атмосфере продолжала расти с 2011 года до средней глобальной концентрации 1850,5 частей на миллиард по состоянию на июль 2018 года. Пик мая 2018 года составил 1854,8 частей на миллиард, а пик мая 2019 года составил 1862,8 частей на миллиард, что на 0,3% больше.
Эта простая диаграмма показывает поток метана из источников в атмосфере, а также стоков, которые потребляют метан. Более подробные объяснения каждого источника и поглотителя представленного в следующих разделах. К другим источникам метана защиты:
Диаграмма, показывающая основные источники метана за десятилетие 2008-2017 гг., составленная на основе глобального отчета о глобальных выбросах метана Глобальный Углеродный проект Баланс между источниками и стоками метана еще полностью не изучен. Рабочая группа I МГЭИК за отчетом в главе 2 Четвертого отчета об оценке, что существуют «большие неопределенности в текущих оценках глобального источника», баланс между источниками и поглотителями не является пока что хорошо известен. Самый важный сток в метановом цикле - реакция с гидроксильным радикалом, который фотохимически образует атмосферу в атмосфере. Производство этого радикала до конца не изучено и сильно влияет на атмосферные концентрации. Эту неопределенность иллюстрируют наблюдения, которые показывают, что в период с 2000 по 2006 год рост метана в атмосфере прекратился по причинам, которые все еще исследуются.
Различные исследовательские группы приводят следующие значения для выбросов метана :
| Ссылка: | Fung et al. al. (1991) | Hein et al. (1997) | Lelieveld et al. (1998) | Houweling et al. (1999) | Bousquet et al. (2006) | Saunois et al. (2016) | Saunois et al. (2020) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Базовый год: | 1980-е | – | 1992 | – | – | 2003–2012 | 2008-2017 |
| Естественные источники выбросов | |||||||
| Водно-болотные угодья | 115 | 237 | 225 | 145 | 147 ± 15 | 167 (127–202) | 181 (159-200) |
| Термиты | 20 | – | 20 | 20 | 23 ± 4 | 64 (21–132) | 37 (21–50) |
| Океан | 10 | – | 15 | 15 | 19 ± 6 | ||
| Гидраты | 5 | – | 10 | – | – | ||
| Источники антропогенных выбросов | |||||||
| Энергия | 75 | 97 | 110 | 89 | 110 ± 13 | 105 (77–133) | 111 (81-131) |
| Свалки | 40 | 35 | 40 | 73 | 55 ± 11 | 188 (115-243) | 217 (207-240) |
| Жвачные животные (домашний скот) | 80 | 90 | 115 | 93 | |||
| Обработка отходов | – | 25 | – | ||||
| Рисоводство | 100 | 88 | – | 31 ± 5 | |||
| Сжигание биомассы | 55 | 40 | 40 | – | 50 ± 8 | 34 (1 5–53) | 30 (22-36) |
| Другое | – | – | – | 20 | 90 ± 14 | ||
| Раковины | |||||||
| Грунты | 10 | 30 | 40 | 21 ± 3 | 33 (28–38) | 38 (27-45) | |
| Тропосферный OH | 450 | 489 | 510 | 448 ± 1 | 515 | 518 (474–532) | |
| Стратосферная потеря | 46 | 40 | 37 ± 1 | ||||
| Дисбаланс между источником и поглотителем | |||||||
| Общий источник | 500 | 587 | 600 | 525 ± 8 | 558 (540–568) | 576 (550-594) | |
| Общий сток | 460 | 535 | 580 | 506 | 548 | 556 (501–574) | |
Природные и антропогенные источники метана По данным Института космических исследований Годдарда НАСА Любой процесс, приводящий к производству метана и его выбросу в атмосферу, можно рассматривать как «источник». Два основных процесса, полученных в результате образования метана, происходят в результате микроорганизмов анаэробного преобразования соединений в метан.
Большая часть экологических метана связана непосредственно с метаногенами, производящими метан в теплых влажных почвах, а также в пищеварительном тракте некоторых животных. Метаногены - это микроорганизмы, производящие метан. Для производства энергии они используют анаэробный процесс, называемый метаногенезом. Этот процесс используется вместо аэробных или кислородных процессов, потому что метаногены не могут метаболизироваться в концентрации даже концентраций кислорода. Когда ацетат расщепляется в процессе метаногенеза, результатом является выброс метана в окружающей среде.
Метаногенез, научный термин для производства метана, происходит в основном в анаэробных условиях из-за отсутствия других окислителей. В этих условиях микроскопические организмы, называемые архей, используют ацетат и водород для расщепления основных ресурсов в процессе, называемый ферментация.
Ацетокластический метаногенез - некоторые археи расщепляют ацетат образует во время анаэробной ферментации образование метана и диоксида углерода.
Гидрогенотрофный метаногенез - археи окисляют водород диоксидом углерода с образованием метана и воды.
Хотя ацетокластический метаногенез и гидрогенотрофный метаногенез являются двумя активными реакциями источника атмосферного метана, а также другими второстепенными биологическими источниками метана.. Например, было обнаружено, что воск на поверхности листьев, подвергнутый УФ-излучению в присутствии кислорода, является аэробным метана.
На водно-болотные угодья приходится около 20 процентов атмосферного метана через выбросы почв и растений. Водно-болотные угодья противодействуют опусканию, обычно происходит с почвой из-за высокого уровня грунтовых вод. Уровень грунтовых вод представляет собой границу между анаэробным производством метана и аэробным потреблением метана. Когда грунтовый вод низкий, метан, образующийся в почве водно-болотных угодий, должен проходить через более глубокий слой метанотрофных бактерий, тем самым снижая выбросы. Транспорт метана сосудистыми растениями может обойти этот аэробный слой, тем самым увеличивая выбросы.
Жвачные животные, особенно коровы и овцы, содержат бактерии в желудочно-кишечных системах, которые обеспечивают расщеплять растительный материал. Некоторые из этих микроорганизмов используют ацетат растительного материала для производства метана, и эти бактерии живут в желудках и кишечнике жвачных животных, когда животное «отрыгивает» или испражняется, оно также выделяет метан. На основании исследования, проведенного в регионе Снежные горы, количество метана, выделяемого одной коровой, эквивалентное количеству метана, которое метанотрофные бактерии могут потреблять около 3,4 га.
Термиты также содержат в кишечнике метаногенные микроорганизмы. Однако некоторые из этих микроорганизмов настолько уникальны, что не обитают в большей степени, кроме третьей кишки термитов. Эти микроорганизмы также расщепляют биотические компоненты с образованием этанола, а также побочного продукта метана. Однако, в отличие от жестких, которые теряют 20 процентов энергии от растений, которые они едят, термиты теряют при этом только 2 процента своей энергии. Таким образом, термитам не нужно есть столько же энергии, сколько жвачным, чтобы получать такое же количество энергии, пропорционально меньше метана.
Живые растения новые как важные метана, который возможно, является ответственным за примерно 10 30 процентов атмосферного метана. В статье 2006 г. были выявлены подсчитаны выбросы 62–236 Тг a, и «этот выявленный источник может иметь важные последствия». Однако подчеркивают, что «наши результаты предварительные в отношении силы выброса метана».
Эти результаты были поставлены под сомнение в статье 2007 года, в которой было обнаружено, что «нет доказательств значительного аэробного выброса метана наземными растениями., максимум 0,3% от ранее опубликованных значений ».
Хотя детали металлов метана на заводе еще не подтверждены, растения как значительный источник метана вызывают заполнить пробелы в предыдущих глобальных бюджетах метана, а также объясняют большие шлейфы метана, которые наблюдались над тропиками.
На водно-болотных угодьях, где скорость метана высока, средства позволяют метану перемещаться в атмосферу, действуя как перевернутые громоотводы, направляя газ вверх через почву в воздух. Предполагается, что они сами производят метан, но, поскольку процесс производства метана на заводх должен быть аэробными условиями, сам процесс до сих пор не определен.
При высоких давлениях, например, на дне океана, метан образует твердый клатрат с водой, известный как гидрат метана. Неизвестное, но, возможно, очень большое количество метана удерживается в форме в океанических отложениях. Выброс больших объемов газообразного метана из таких событий в атмосфере предложен как возможная причина быстрых событий глобального потепления в далеком прошлом Земли, таких как палеоцен-эоценовый термальный 55 миллионов лет назад, и теории великого вымирания.
предполагают, что, если глобальное потепление заставит их достаточно нагреться, весь этот газообразный метан может снова выпустить в атмосферу. Метан в двадцать пять раз сильнее (для данного веса, в среднем за 100 лет), чем CO. 2как парниковый газ; это значительно усилитель парниковый эффект. Тем не менее, большая часть этого резервуара гидратов кажется изолированной от изменений климата на поверхности, поэтому любой выброс может произойти в геологических масштабах в тысячелетие или более.
Концентрации метана в Арктике до сентября 2020 Метан, который замерзает в вечной мерзлоте - земле, которая замерзает на несколько лет, - медленно высвобождается из болот по мере таяния вечной мерзлоты. С повышением глобальной температуры количество таяния вечной мерзлоты и выделения метана продолжает расти.
Хотя данные о вечной мерзлоте ограничены, в последние годы (с 1999 по 2007 г.) наблюдалось рекордное таяние вечной мерзлоты на Аляске и Сибири. Измерения, проведенные в 2006 году в Сибири, показывают, что выброса метана в пять раз больше, чем предполагалось ранее. Таяние едомы, разновидности вечной мерзлоты, является значительным источником атмосферного метана (около 4 Тг CH 4 в год).
Woods Hole Исследовательский центр, ссылаясь на два исследования углерода вечной мерзлоты 2015 года, говорит, что может быть самоусиливающаяся критическая точка, когда расчетный эквивалент 205 гигатонн углекислого газа в форме метана может вызвать повышение температуры до 0,5 ° C. C (до 0,9 ° F) потепление к концу века, что вызовет еще большее потепление. Вечная мерзлота содержит почти вдвое больше углерода, чем содержится в атмосфере. Некоторые исследователи утверждают, что Межправительственная группа экспертов по изменению климата не учитывает адекватным образом арктический метан в вечной мерзлоте.
Совсем недавно Dyonisius et al. (2020) обнаружили, что выбросы метана из старых резервуаров углерода в холодных регионах, таких как вечная мерзлота и гидраты метана, были незначительными во время последней дегляциации. Они проанализировали изотопный состав углерода атмосферного метана, захваченного пузырьками в антарктическом льду, и обнаружили, что выбросы метана из этих старых источников углерода во время периода потепления были небольшими. Они утверждают, что это открытие предполагает, что выбросы метана в ответ на потепление в будущем, вероятно, не будут такими большими, как предполагали некоторые.).
Чуть более половины от общего количества выброс происходит в результате деятельности человека. После промышленной революции люди оказали большое влияние на концентрацию метана в атмосфере, увеличив его концентрации примерно на 250%.
Преобразование лесов и природной среды в сельскохозяйственных участках увеличивает количество азота в почве, что ингибирует окисление метана, ослабляя способность метанотрофных бактерий в почве действовать как поглотители. Кроме того, изменяя уровень грунтовых вод, люди могут влиять на способность воздействовать как источник или поглотитель. Взаимосвязь между уровнем грунтовых вод и выбросами метана объясняется в разделе природных источников водно-болотных угодий.
В ФАО ООН за 2006 год сообщается, что животноводство производит больше парниковых газов, измеренных в эквиваленте CO 2, чем весь транспортный сектор. На домашний скот составляет 9 процентов антропогенного CO 2, 65 процентов антропогенного закиси азота и 37 процентов антропогенного метана. Высокопоставленный чиновник ООН и соавтор отчета Хеннинг Штайнфельд сказал: «Животноводство является одним из наиболее значительных факторов, способствующих возникновению самых серьезных экологических проблем сегодня».
Недавнее исследование НАСА подтвердило жизненно важную роль кишечная ферментация в животноводстве на глобальное потепление. «Мы понимаем, что другие парниковые газы, помимо углекислого газа, важны для изменений климата сегодня», - Гэвин Шмидт, ведущий автор исследования и исследователь из Института космических исследований имени Годдарда НАСА в Нью-Йорке и Центр исследования климатических систем Колумбийского университета. Другое недавнее рецензируемое исследование НАСА, опубликованное в журнале Science, также показало, что вклад метана в глобальное потепление был недооценен.
Николас Стерн, автор обзора Стерна 2006 года об изменении климата, заявлено, что «люди будут необходимы стать вегетарианцем, если мир хочет победить изменение климата». Президент Национальной академии наук Ральф Сисерон (ученый-атмосферный) указывает, что влияние метана на содержание метана в результате метеоризма и отрыжки в глобальном потеплении "серьезная тема". Цицерон заявляет: «Метан сейчас является вторым по значимости парниковым газом в атмосфере».
Приблизительно 5% метана выделяется через через что метана от коров сейчас очень много. газы, тогда как остальные 95% выделяются посредством отрыжки. В настоящее время разрабатываются вакцины для уменьшения количества вводимых прижек. Водоросли аспарагопсиса в качестве кормовой добавки для скота
Срок погашения для постоянного растущего населения мира рисовое хозяйство стало одним из наиболее значительных антропогенных источников метана. лой погоде и заболоченной почве рисовые поля как водно-болотные угодья, но люди для производства продуктов питания. Из-за болотистой среды рисовых полей на этих рисовых полях ежегодно выделяется 50–100 миллионов метрических тонн метана. Это означает, что на рисовое хозяйство приходится от 15 до 20 процентов антропогенных выбросов метана. В статье, написанной Уильямом Ф. Руддиманом, исследуется возможность того, что выбросы метана начали расти в результате антропогенной деятельности 5000 лет назад, когда древние культуры начали использовать сельское хозяйство, в качестве основного источника пищи.
Из-за большого количества источников информации и наличия других источников света являются атмосферные погодные метана в личных счетах, на их долю приходится примерно 18,2% глобальные выбросы метана в 2014 г. году. Когда отходы впервые попадают на свалку, в них содержится много кислорода, поэтому он подвергается аэробному разложению; за это время вырабатывается очень мало метана. Однако обычно в течение года уровней кислорода истощаются, преобладают анаэробные условия, позволяющие метаногенам взять на себя процесс разложения. Эти метаногены выбрасывают метан в атмосферу, и даже после закрытия свалки массовое количество разлагающегося вещества позволяет метаногенам производить метан в течение многих лет.
Очистка сточных вод для удаления твердых веществ, патогенов и химических веществ, представляющих опасность в результате заражения человека. Выбросы метана на очистных сооружениях происходят в результате анаэробной обработки соединений и анаэробного соединения биоразложения ила.
Неполное сжигание как живой, так и мертвой органики приводит к выбросу метана. Использование для очистки земель, сжигания биомассы в результате уничтожения отходов, естественные лесные пожары могут выбросить метана, основная часть сжигания биомассы происходит в результате деятельности человека, включая все, от случайных сжиганий гражданскими лицами до преднамеренных сжиганий, используемых для очистки земель.
Метан основным компонентом природного газа, таким образом, при добыче, переработке, хранении, и передаче природного газа значительное количество метана теряется в атмосфере.
Согласно отчету Агентства по охране окружающей среды США о выбросах и стоках парниковых газов: 1990–2015 гг., Выбросы метана из системного природного газа и нефти в 2015 г. составили 8,1 тг в год в Соединенных Штатах. По индивидуальным оценкам EPA, газовая система выбрасывает 6,5 тг метана в год, а нефтяные системы - 1,6 тг метана в год. Выбросы метана производства во всех секторах газовой промышленности, от бурения и сбора до сбора, обработки и доставки до распределения. Эти выбросы производятся в результате нормальной эксплуатации, случайных утечек, сбоев в системе и вентиляции оборудования. В нефтяной промышленности часть подземной сырой нефти содержит природный газ, который захватывается нефтью при высоких пластовых давлениях. При удалении нефти из пласта добывается попутный газ.
Однако обзор исследований выбросов метана показывает, что в отчете EPA «Перечень выбросов и приемников парниковых газов: 1990–2015 годы», вероятно, значительно занижены объемы выбросов метана в 2015 году в цепочке поставок нефти и природного газа. В отчете сделан вывод, что в 2015 году цепочка поставок нефти и природного газа выбрасывала 13 Тг метана в год, что примерно на 60% больше, чем в отчете EPA за тот же период. Авторы пишут, что наиболее вероятной причиной несоответствия является недостаточная выборка EPA для называемых «ненормальных условий эксплуатации», при которых выделяются большие количества метана.
| Сегмент цепочки поставок | Реестр EPA парниковых газов в США Выбросы и приемники: отчет за 1990–2015 гг. | Альварес и др. 2018 |
|---|---|---|
| Добыча нефти и природного газа | 3,5 | 7,6 |
| Сбор природного газа | 2,3 | 2, 6 |
| Транспортировка природного газа и хранение | 1,4 | 1,8 |
| Обработка природного газа | 0,44 | 0, 72 |
| Местное образование природного газа | 0,44 | 0,44 |
| Переработка и транспортировка нефти | 0,034 | 0,034 |
| Всего (доверительный интервал 95%) | 8,1 (6,7–10,2) | 13 (11.3–15.1) |
Использование природного газа и биогаза в ДВС (Двигатель внутреннего сгорания ) для применений, как производство электроэнергии / когенерация / когенерация (Комбинированное производство тепла и ) и тяжелые транспортные средства или морские суда, такие как танкеры для перевозки СПГ, использующие отходящий газ для движения, выделяют определенный процент UHC, несгоревших углеводородов из которых 85% состав ляет метан. Проблемы климата, связанные с использованием газа в качестве топлива для ДВС, могут нивелировать или даже сводить на нет преимущества меньшего количества CO 2 и выбросов твердых частиц, описанных в этом выпускном документе ЕС за 2016 год по утечке метана из судовых двигателей : «Выбросы несгоревшего метана (известные как« проскок метана ») составляли около 7 г на кг СПГ при более высоких нагрузках двигателя, увеличиваясь до 23–36 г при более низких нагрузках. Это может быть связано с медленным сгоранием при более низких температурах, что позволяет количеству газа избежать процесса горения ». Дорожные транспортные средства больше работают при низкой нагрузке, чем судовые двигатели, что приводит к более высокому проскоку метана.
В 2014 г. исследователи НАСА сообщили об открытии облака метана площадью 2500 квадратных миль (6500 км), плавающего над регионом Четырех углов. юго-запада США. Открытие было основано на данных, полученных с 2002 по 2012 год, полученных с помощью сканирующего абсорбционного спектрометра Европейского космического агентства для атмосферной картографии.
В отчете сделан вывод, что «инструмент, вероятно, установленный газ»., уголь и добыча и переработка метана угольных пластов ". В период с 2002 по 2012 год из региона ежегодно выбрасывалось 590 000 метрических тонн метана, что почти в 3,5 раза широко используемые оценки в Базе данных по глобальным Европейского Союза. В 2019 году Международное энергетическое агентство (МЭА) подсчитало, что выбросы метана из угольных шахт мира нагревают глобальный климат с той же скоростью, что и судоходство и авиация вместе взятые.
Любой процесс, который использует метан из атмосферы, можно считать «стоком» атмосферного метана. Поглотителя атмосферного метана.
Круговая диаграмма, демонстрирующая относительные эффекты атмосферного метана Реакция с гидроксильным радикалом - Основной механический зм удаления метана из атмосферы включает радикальную химию ; он реагирует с гидроксильным радикалом (· OH) в тропосфере или стратосфере с образованием радикала · CH 3 и водяного пара. Помимо того, что эта реакция является одним из самых важных источников водяного пара в верхних слоях атмосферы. После реакции с гидроксильным радикалом существуют два основных пути окисления метана: [1] который приводит к чистому производству озона, и [2] не вызывает чистого изменения озона. Чтобы окисление метана пошло по пути, ведущему к чистому образованию озона, оксид азота (NO) должен вступать в реакцию с CH 3O2·. В противном случае CH 3O2· реагирует с гидропероксильным радикалом (HO 2 ·), и окисление идет по пути без общего изменения озона. Оба пути окисления приводят к чистому образованию формальдегида и водяного пара.
[1] Чистое производство O 3
CH4+ · OH → CH 3 · + H 2O
CH3· + O 2 + M → CH 3O2· + M
CH3O2· + NO → NO 2 + CH 3 O ·
CH3O · + O 2 → HO 2 · + HCHO
HO2· + NO → NO 2 + · OH
(2x) NO 2 + hv → O (P) + NO
(2x) O (P) + O 2 + M → O 3 + M
[NET: CH 4 + 4O 2 → HCHO + 2O 3 + H 2 O]
[2] Нет чистого изменения O 3
CH4+ · OH → CH 3 · + H 2O
CH3· + O 2 + M → CH 3O2· + M
CH3O2· + HO 2 · + M → CH 3O2H + O 2 + M
CH3O2H + hv → CH 3 O · + · OH
CH3O · + O 2 → HO 2 · + HCHO
[NET: CH 4 + O 2 → HCHO + H 2 O]
Обратите внимание, что для второй реакции будет чистая потеря радикалов в случае, когда CH 3O2H теряется из-за влажного осаждения, прежде чем он может подвергнуться фотолизу, так что: CH 3O2H + H 2 O → влажное осаждение. Также обратите внимание, что M представляет собой случайную молекулу, которая способствует передаче энергии во время реакции
Эта реакция в тропосфере дает среднее время жизни метана 9,6 лет. Еще два второстепенных стока - это поглотители почвы (средний срок жизни 160 лет) и стратосферные потери в результате реакции с · OH, · Cl и · OD в стратосфере ( 120-летний средний срок службы), что дает чистый средний срок службы 8,4 года. Окисление метана является основным источником водяного пара в верхних слоях стратосферы (начиная с уровней давления около 10 кПа ).
Метильный радикал, образующийся в указанной выше реакции, будет в нормальных дневных условиях тропосферы обычно реагировать с другим гидроксильным радикалом с образованием формальдегида. Обратите внимание, что это не строго окислительный пиролиз, как описано ранее. Формальдегид может снова реагировать с гидроксильным радикалом с образованием диоксида углерода и большего количества водяного пара. Боковые цепи в этих реакциях могут взаимодействовать с соединениями азота, которые, вероятно, будут производить озон, вытесняя радикалы, необходимые в начальной реакции.
Большинство естественных стоков происходит в результате химических реакций в атмосфере, а также окисления бактериями, потребляющими метан, в почвах Земли.
Почвы действуют как основной поглотитель атмосферного метана через проживающих в них метанотрофных бактерий. Это происходит с двумя разными типами бактерий. Метанотрофные бактерии «высокая емкость - низкое сродство» растут в областях с высокой концентрацией метана, таких как заболоченные почвы на заболоченных территориях и в других влажных средах. А в районах с низкой концентрацией метана метанотрофные бактерии «низкая емкость - высокое сродство» используют для роста метан в атмосфере, а не полагаются на метан в непосредственной близости от них.
Лесные почвы действуют как хорошие поглотители для атмосферного метана, потому что почвы оптимально влажные для метанота активность почв и перемещение газов между почвой и атмосферой (коэффициент диффузии почвы) высокий. При более низком уровне грунтовых вод любой метан в почве должен пройти мимо метанотрофных бактерий, прежде чем он достиг атмосферы.
Заболоченные почвы, однако, часто являются источниками атмосферного метана, потому что уровень грунтовых вод намного выше, и метан может легко распространяться в воздух без необходимости конкурировать с метанотрофами почвы.
Метанотрофные бактерии в почве - Метанотрофные бактерии, обитающие в почве, используют метан в качестве источника углерода при окислении метана. Окисление метана позволяет метанотрофным бактериям использовать метан в качестве источника энергии, реагируя на метан с кислородом и, как следствие, производя диоксид углерода и воду.
Наиболее эффективным стоком атмосферного метана является гидроксильный радикал в тропосфере, или нижняя часть атмосферы Земли. Когда метан поднимается в воздух, он реагирует с гидроксильным радикалом с образованием водяного пара и диоксида углерода. Средняя продолжительность жизни метана в атмосфере оценивалась в 9,6 года по состоянию на 2001 год; однако увеличение выбросов метана со временем снижает концентрацию гидроксильного радикала в атмосфере. При меньшем количестве ОН˚ для срока службы метана также может увеличиться, что приведет к увеличению атмосферного метана.
Если он не разрушен в тропосфере, метана прослужит приблизительно За 120 лет до того, как он в конечном итоге будет уничтожен, он находится в следующем слое атмосферы Земли: стратосфере. Разрушение в стратосфере происходит так же, как и в тропосфере: метан окисляется с образованием диоксида углерода и водяного пара. Согласно измерениям с помощью баллонов с 1978 года, содержание стратосферного метана увеличилось на 13,4% ± 3,6% с 1978 по 2003 год.
Реакция метана и атомов хлора действует как первичный сток элементов Cl и является основным источником соляной кислоты (HCl) в стратосфере.
CH4+ Cl → CH 3 + HCl
HCl, образующийся в этой реакции, приводит к каталитическому разложению озона в стратосфере.
Удаление метана в нижних слоях тропосферы может быть достигнуто с помощью радикалов хлора, образующихся из аэрозолей солей железа, которые могут быть искусственно увеличены без риска для стратосферного озона.
С 1800-х годов начала метана ежегодно ежегодно увеличивалась примерно на 0,9%.
Долгосрочные атмосферные измерения метана, проведенные NOAA, показывают, что накопление метана в течение десяти лет до 2006 г., после почти утроения с доиндустриальных времен. Ученым удалось определить, как это могло быть связано с сокращением выбросов химических веществ в водно-болотных угодьях.
Исключения из этого роста темпов роста имели место в 1991 и 1998 годах, когда темпы роста внезапно увеличились до 14-15 нмоль / моль в год в те годы, что почти вдвое темпы роста в предыдущие годы.
Считается, что всплеск 1991 года был вызван извержением вулкана Mt. Пинатубо в июне того же года. При извержении вулканы влияние на выбросы метана в атмосферу, выбрасывая в воздух пепел и диоксид серы. В результате исследования фотохимия растений и снижение удаления метана через тропосферный гидроксильный радикал. Однако темпы роста быстро упали из-за низких температур и глобального сокращения количества осадков.
Причина всплеска в 1998 году не решена, но ученые в настоящее время связывают ее с электрическими выбросами водных-болотных полей и вредных биомассов. 1998 год также был самым теплым годом с регистрации первых температур на поверхности, что показывает о том, что земли аномально высокие температуры.
Данные 2007 года свидетельствуют о том, что метана снова начали расти. Это было подтверждено в 2010 году, когда исследование показало, что уровни метана росли 3 года с 2007 по 2009 год. После десятилетия почти нулевого уровня метана «глобально усредненное содержание метана в атмосфере увеличилось [примерно] на 7 нмоль / моль в течение 2007 и 2008 годов». В течение первой половины 2009 года глобальный средний атмосферный CH 4 был [приблизительно] на 7 нмоль / моль больше, чем в 2008 году, что позволяет предположить, что рост продолжится в 2009 году ». С 2015 по 2019 год было зарегистрировано резкое повышение уровня атмосферного метана.
Уровни выбросов метана сильно различаются в зависимости от местного географического положения. Как для естественных, так и для антропогенных высоких температур и более высоких уровней воды приводят к анаэробной среде, необходимой для производства метана.
Выбросы метана в атмосферу связаны с температурой и влажностью. Таким образом, естественные изменения окружающей среды, которые происходят во время сезонных изменений, как основной контроль выбросов метана. Кроме того, даже изменения температуры в течение дня могут повлиять на количество производимого и потребляемого метана.
Например, заводы, производящие метан, могут выделять в два-четыре раза больше метана днем, чем ночью. Как правило, растения используют солнечную энергию для осуществления химических процессов.
Дополнительно на выбросы метана влияет уровень воды в источнике. Сезонное наводнение весной и летом, естественно, увеличивает количество метана, выбрасываемого в воздух.
четко идентифицированное повышение содержания метана в атмосфере в результате деятельности человека произошло в 1700-х гг. промышленная революция. По мере того, как технологии развиваются со скоростью, люди начали строить фабрики и заводы, сжигать ископаемое топливо для энергии и вырубать леса. Этот рост продолжал расти со скоростью почти 1 процент в год примерно до 1990 года, когда темпы роста упали почти до нуля.
Однако статья Уильяма Ф. Руддимана в 2003 году указывает на то, что антропогенные изменения в метане могут начались за 5000 лет до промышленной революции. Циклы инсоляции метана ледяного керна оставались стабильными и предсказуемыми до 5000 лет назад, скорее всего, из-за некоторого антропогенного воздействия. Руддиман предполагает, что переход людей от охотников-собирателей к земледелию был первым случаем, когда люди повлияли на концентрацию метана в атмосфере. Гипотеза Руддимана подтверждено тем фактом, что раннее орошение риса произошло примерно 5000 лет назад - в то же время циклы ледяных кернов потеряли свою предсказуемость. Из-за неэффективности того, что люди сначала научились выращивать рис, потребовались обширные рисовые поля, чтобы прокормить даже небольшое население. Эти затопленные и заросшие сорняками воды привели к образованию огромных заболоченных территорий с выбросом метана.
Повышение уровня метана в результате современной деятельности человека вызвано рядом источников.
Один источник метана выбросы как используемые трубопроводы, по соответствующим трубопроводам транспортируется природный газ; Один из примеров - трубопроводы из России к потребителям в Европе. В районе Ямбурга и Уренгоя есть месторождение газа с концентрацией метана 97 процентов. Газ, добываемый на этих месторождениях, доставляется и экспортируется в Западную и Центральную Европу через обширную трубопроводную систему, известную как Транссибирская система газопроводов. В соответствии с МГЭИК и другими группами по контролю выбросов газа, газа и газа, должны проводиться операции по всему миру в результате технологических сбросов и утечек на фитингах и вентиляционных отверстиях трубопровода. Несмотря на то, что природный газ имеет естественное происхождение, происходит значительное количество утечек и поломок. В 2001 году выбросы природного газа из трубопроводов и системы природного газа составили 1 процент добычи природного газа. К счастью, между 2001 и 2005 годами это число снизилось до 0,7 процента, и даже значение 2001 года все еще значительно меньше, чем в 1996 году.
Однако трубопроводный транспорт - это только одна часть проблемы. Howarth et al. утверждали, что:
мы полагаем, что другие доказательства указывает на то, что сланцевый газ имеет больший выброс парниковых газов [парниковый газ], чем обычный газ, если рассматривать его в любой временной шкале. При десятилетних временных масштабах выбросы парниковых газов сланцевого газа также превышают выбросы нефти или угля, […]
«Мост в никуда: выбросы метана и выбросы парниковых газов в природный газ. "," Выбросы метана и риск потепления климата в результате гидроразрыва пласта и разработки сланцевого газа: последствия для политики ". Исследование Миллера и др., Проведенное в 2013 году указывает на то, что текущая политика сокращения парниковых газов в США основывается на том на том. Авторы заявляют:
Мы показали, что выбросы парниковых газов в сельском хозяйстве и переработке ископаемого топлива (то есть нефти и / или природного газа), вероятно, в два раза или больше, чем указано в использовании исследованиях.
Глобальное потепление из-за выбросов ископаемого топлива вызвало выброс метана в Арктике, то есть выброс метана из морей и почвы в районах вечной мерзлоты Арктики. Хотя в долгосрочной перспективе это естественный процесс, выделение метана усугубляется и ускоряетс я глобальным потеплением. Это приводит к негативным последствиям, поскольку метан сам по себе является мощным парниковым газом.
Арктический регион является одним из многих природных источников парникового газа метана. Глобальное потепление ускоряет его высвобождение как за счет высвобождения метана из хранилищ, так и за счет метаноген в гниющей биомассе. Большие количества метанаятся в Арктике в месторождениях природного газа, вечной мерзлоты и подводных клатратах. Вечная мерзлота и клатраты разлагаются при потеплении, поэтому большие выбросы метана из этих источников могут возникнуть в результате глобального потепления. Другие источники метана включают подводные талики, речной транспорт, отступление ледовых комплексов, подводную вечную мерзлоту и разлагающиеся отложения газовых гидратов.
Прямое радиационное воздействие парниковых газов была оценена на уровне 0,5 Вт / м.
Метан является сильным парниковым газом с потенциалом глобального потепления в 84 раза, чем CO 2 в течение 20-летнего периода. Метан не является таким стойким газом, и его выбросы примерно в 28 раз больше, чем CO 2 за 100-летний период времени.
Воздействие атмосферных концентраций метана CH4 на повышение глобальной температуры может быть намного сильнее. чем ранее предполагалось. [2] В дополнение к прямому нагреванию и нормальной метан распадается на диоксид углерода и воду. Эта вода часто находится выше тропопаузы, куда обычно попадает мало воды. Раманатан (1988) отмечает, что как водяные, так и ледяные облака, когда они образуются при более низких температурах стратосферы, эффективно усиливают парниковый эффект в атмосфере. Он также отмечает, что существует явная вероятность того, что значительное увеличение количества метана в будущем может привести к потеплению поверхности.
Метан также влияет на разрушение озонового слоя, когда метан превращается в воду в стратосфере. Этот процесс усиливается глобальным потеплением, потому что более теплый воздух содержит больше водяного пара, чем более холодный воздух, количество водяного пара в атмосфере увеличивается, поскольку она нагревается парниковым эффектом. Климатические модели также показывают, что парниковые газы, такие как углекислый газ и метан, могут усиливать перенос воды в стратосферу; хотя это до конца не изучено.
Пытаясь смягчить последствия изменения климата, люди начали разрабатывать альтернативные методы и лекарства.
Например, чтобы противодействовать количеству метана, разработан лекарственный препарат, называемый монензин (продаваемый как руменсин ™). Этот препарат классифицируется как ионофор, который представляет собой антибиотик, который естественным образом вырабатывается безвредным штаммом бактерий. Этот препарат не только повышает эффективность корма, но и снижает количество метана, выделяемого животным и его навозом.
Помимо медицины, были разработаны специальные методы обращения с навозом для выброса металлов из навоза домашнего скота. Начали образовательные ресурсы малым фермерским хозяйствам. Методы управления включают ежедневный сбор и хранение навоза в полностью закрытом хранилище хранилища, предотвращенное попадание сточных вод в водоемы. Затем навоз можно хранить на складе до тех пор, пока он не будет повторно использован в качестве удобрений, или пока его не уберут и не поместят в компост за пределами участка. Уровни питательных веществ в навозе различных животных обеспечиваются оптимальным использованием в качестве компоста для садов и сельского хозяйства.
Чтобы уменьшить воздействие на окисление метана в почве, можно предпринять несколько шагов. Контроль использования удобрений, улучшающих содержание азота, уменьшение количества загрязнения воздуха азотом может снизить ингибирование окисления метана. Кроме использования более сельскохозяйственных культур, которые производят больше сельскохозяйственных культур на единицу площади, уменьшить площадь земли с идеальными условиями для метаногенеза. Тщательный выбор участков переустройства земель (например, вырубка леса для создания полей) также может уменьшить разрушение основных окислений метана.
Чтобы противодействовать выбросам метана со свалок, 12 марта 1996 года EPA (Агентство по охране окружающей среды) добавило «Правило о свалках» в Закон о чистом воздухе. Это правило требует, чтобы крупные свалки, которые когда-либо принимали твердые бытовые отходы, использовались по состоянию на 8 ноября 1987 года, могут содержать не менее 2,5 миллионов метрических тонн отходов объемом более 2,5 миллионов не менее 50 метрических тонн в год для сбора и сжигания выбрасываемого свалочного газа. кубических метров, и / или выбросить выбросы неметановых соединений (NMOC). Этот набор требует исключает 96% свалок в США. Одним из сокращенных выбросов неметановых соединений является их сокращение, используемым прямым результатом, способствующим прямым результатом.
Кроме того, в попытке абсорбировать метан, которые уже образует свалку, были проведены эксперименты в почву, добавляли питательные вещества, чтобы метанотрофам процветать. Было показано, что эти свалки с добавлением биогенных веществ как мелкомасштабный сток метана, позволяя обилию метанотрофов губить метан из воздуха и использовать его в качестве энергии, эффективно сокращая выбросы полигона.
Для сокращения от мусора. В газовой промышленности EPA разработало программу Natural Gas STAR, а также известную как Gas STAR.
Еще одна программа была также добавлена EPA для сокращения выбросов при добыче угля. Программа распространения метана из угольных пластов (CMOP) помогает найти способы использования или продажи метана, который в случае опасности выбрасывался из угольной шахты в атмосферу.
Разработан портативный детектор метана, который, установленный в транспортном средстве, может обнаруживать избыточные уровни метана в окружающей атмосфере и отличать природный метан от гниющей растительности или навоза и утечек газа. По состоянию на 2013 год эта технология была внедрена компанией Pacific Gas Electric.
Инструмент мониторинга тропосферы на борту космического корабля Sentinel-5P Европейского космического агентства, запущенного в октябре 2017 года. предоставляет наиболее подробный общедоступный выбросы метана. Его разрешение составляет около 50 квадратных километров.
MethaneSat разрабатывается Фондом защиты окружающей среды в сотрудничестве с исследователями из Гарвардского университета для мониторинга выбросов метана с помощью улучшенное разрешение 1 километр. MethaneSAT предназначен для мониторинга 50 крупных нефтегазовых объектов, а также может использоваться для мониторинга свалок и сельского хозяйства. Он получает финансирование от Audacious Project (результат сотрудничества TED и Gates Foundation ), и его запуск запланирован на 2020 год.
Метан обычно измеряют с помощью газовой хроматографии. Газовая хроматография - это тип хроматографии, используемый для разделения или анализа химических соединений. В целом это дешевле, чем более продвинутые методы, но требует больше времени и трудозатрат.
Спектроскопические методы являются предпочтительным методом измерения атмосферного газа из-за его чувствительности и точности. Кроме того, спектроскопические методы - единственный способ дистанционного зондирования атмосферных газов. Инфракрасная спектроскопия охватывает широкий спектр методов, один из которых обнаруживает газы на основе абсорбционной спектроскопии. Существуют различные методы спектроскопии, в том числе дифференциальная спектроскопия оптического поглощения, лазерно-индуцированная флуоресценция и инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье.
Полость Кольцевая спектроскопия является наиболее широко используемым методом ИК-поглощения для обнаружения метана. Это форма спектроскопии лазерного поглощения, которая определяет мольную долю порядка частей на триллион.
