Lucht uit Groenlandse sneeuw laat invloed van industrialisatie op methaan in de atmosfeer zien

Een internationaal team van onderzoekers, waaronder wetenschappers van de Universiteit Utrecht en de Universiteit van Maryland, heeft voor het eerst de concentratie van geclusterde methaanisotopen in de lucht uit het verleden gereconstrueerd. Dat geeft nieuw inzicht in hoe de methaanconcentratie in de atmosfeer is veranderd sinds het begin van de industriële periode, rond 1850. Voor het onderzoek gebruikten de wetenschappers lucht van ongeveer veertig jaar oud, opgeslagen in compacte sneeuw (firn) op Groenland. De resultaten zijn gepubliceerd in Science Advances.

Methaan is na CO2 het belangrijkste broeikasgas in de atmosfeer en is goed voor zo’n dertig procent van de opwarming van de aarde tot nu toe. De methaanconcentratie in de atmosfeer stijgt, maar waarom dat precies gebeurt, is nog niet helemaal duidelijk.

Menselijke vingerafdruk

Uit de metingen en analyses van de onderzoekers bleek dat de concentratie geclusterde methaanisotopen (zeldzame methaanmoleculen met twee zware atomen dicht bij elkaar) flink is veranderd in de afgelopen decennia. De onderzoekers konden die verandering eerst niet goed verklaren, maar na computersimulaties van de atmosfeer over de afgelopen duizend jaar konden ze een oorzaak aanwijzen. “De mens heeft de balans tussen uitstoot en afbraak van methaan sinds het begin van de industrialisatie zo ingrijpend verstoord, dat dit terug te zien is in onze metingen”, legt Malavika Sivan, eerste auteur van het onderzoek, uit. 

Methaanbalans

Het signaal van geclusterde isotopen weerspiegelt het evenwicht tussen de hoeveelheid methaan die wordt uitgestoten en hoeveel er wordt verwijderd uit de atmosfeer. Dat evenwicht bepaalt of de methaanconcentratie in de atmosfeer blijft stijgen of juist daalt. Met die informatie kunnen onderzoekers de methaanbalans over de tijd reconstrueren. Zo kunnen ze checken of de maatregelen die genomen worden om de methaanuitstoot terug te dringen daadwerkelijk effect hebben. 

De mens heeft de balans tussen uitstoot en afbraak van methaan sinds het begin van de industrialisatie zodanig verstoord, dat dit terug te zien is in onze metingen.

Dat is belangrijk, volgens Thomas Röckmann, hoogleraar Atmosferische Fysica en Chemie. “Het terugdringen van de methaanconcentratie is een van de snelste manieren om de opwarming van de aarde op korte termijn af te remmen.” Voortgaande menselijke uitstoot en mogelijke klimaatfeedback uit natuurlijke bronnen kunnen misschien leiden tot verdere stijgingen. “Beleidsinitiatieven zoals de Global Methane Pledge, welke streeft naar dertig procent minder methaanuitstoot in 2030 ten opzichte van 2020, zouden deze trend misschien kunnen afremmen”, legt Röckmann uit.

Een verrassende meting

De aanleiding van het onderzoek was een onverwachte meting: de onderzoekers vonden geclusterde isotopen van methaan in de huidige atmosfeer. De concentratie van die moleculen was veel hoger dan in methaan afkomstig van bekende bronnen zoals moerasgebieden, landbouw en fossiele brandstoffen. Die bronnen konden de sterkte van het signaal dus niet verklaren.

Het team concludeerde dat het signaal van geclusterde isotopen afkomstig moest zijn van de verwijdering van methaan: wanneer methaan in de atmosfeer wordt afgebroken door reacties met andere stoffen, reageren deze geclusterde moleculen langzamer dan normale methaanmoleculen. “We vroegen ons af of we deze signalen van geclusterd methaan konden gebruiken om te achterhalen hoe de verwijderingsreacties in de atmosfeer in de loop der tijd veranderden”, legt Röckmann uit.

Het terugdringen van de methaanconcentratie is een van de snelste manieren om de opwarming van de aarde op korte termijn af te remmen.

Veertig jaar oude lucht

Het broeikasgas methaan komt vooral vrij uit biologische en fossiele bronnen. Het ontstaat op natuurlijke wijze in veengebieden, rijstvelden, vuilnisbelten en in de landbouw, en komt ook vrij uit fossiele brandstoffen zoals steenkool, aardolie en aardgas. Om te begrijpen hoe de vorming en verwijdering van methaan door de tijd heen zijn veranderd, hadden de onderzoekers toegang nodig tot lucht uit het verleden. En niet zomaar een beetje: voor de analyse van geclusterde isotopen van methaan is maar liefst duizend liter lucht nodig.

Die oude lucht is te vinden in firn: een laag dichte sneeuw tussen het sneeuwoppervlak en het onderliggende gletsjerijs, waar lucht in opgesloten zit die soms wel zeventig jaar oud is. Op het EastGRIP-onderzoeksstation in Groenland verzamelde Röckmann de benodigde luchtmonsters door diep in de sneeuw te boren en de lucht er met machines als het ware uit te zuigen. “We hebben luchtmonsters van 500 tot 700 liter genomen die tot veertig jaar oud waren,” vertelt Röckmann. “Door daar metingen aan te doen, kun je veel leren over de samenstelling van de atmosfeer in het verleden.”

Internationale samenwerking

De hoeveelheid lucht in de monsters was eigenlijk te klein om met de apparatuur in Utrecht de meest nauwkeurige metingen te kunnen doen. Een onderzoeksgroep aan de Universiteit van Maryland beschikte over andere apparatuur, waarmee dezelfde metingen met minder lucht mogelijk waren. Sivan vertrok voor twee maanden naar de VS voor de analyse van de luchtmonsters, die ze samen met haar collega Jiayang Sun uitvoerde. “Het kostte veel tijd om de methode goed werkend te krijgen, maar uiteindelijk zagen we een opvallend sterke verandering in het signaal van de geclusterde methaanisotopen door de tijd heen. Dat was bijzonder,” zegt Sivan.

De uitkomsten waren anders dan verwacht en het kostte de onderzoekers veel overleg en rekenwerk om te begrijpen wat het gemeten signaal precies betekende. Sivan: “Uiteindelijk begrijpen we nu veel beter hoe geclusterde methaanisotopen laten zien welke invloed menselijke activiteiten sinds de industriële revolutie op de atmosfeer hebben gehad.”