Metán (CH4) je po oxide uhličitom (CO2) druhým najvýznamnejším skleníkovým plynom, ktorý prispieva ku globálnemu otepľovaniu. Jeho koncentrácia v atmosfére rastie a pochopenie jeho globálneho rozpočtu – kde sa metán uvoľňuje (zdroje) a kde sa z atmosféry odstraňuje (pohlcovače) – je kľúčové pre predpovedanie budúceho vývoja klímy a navrhovanie účinných mitigačných stratégií. Poskytnuté zdroje prezentujú komplexné hodnotenie globálneho rozpočtu metánu za obdobie rokov 2000 až 2020.

Metánové toky (fluxy) sa zvyčajne vyjadrujú v teragramoch CH4 za rok (Tg CH4 yr−1), pričom 1 Tg CH4 yr−1 zodpovedá 10^12 gramom CH4 za rok. Atmosférické koncentrácie sa merajú ako objemové podiely v suchom vzduchu, v jednotkách parts per billion (ppb).

Zdroje metánu

Zdroje metánu sa rozdeľujú na prírodné/nepriame antropogénne a priame antropogénne. Medzi hlavné kategórie zdrojov podľa dolnozrnných (bottom-up, BU) a vrchnozrnných (top-down, TD) odhadov pre dekádu 2010–2019 patria:

• Kombinované mokrade a vnútrozemské sladké vody: Toto je najväčšia kategória prírodných/nepriamych antropogénnych zdrojov. Odhady sa líšia medzi BU a TD prístupmi, pričom BU odhady sú 248 [159–369] Tg CH4 yr−1 a TD odhady 165 [145–214] Tg CH4 yr−1 pre dekádu 2010-2019. Mokrade samotné sú hlavným prispievateľom v tejto kategórii.
• Poľnohospodárstvo a odpady: Toto je najvýznamnejšia kategória priamych antropogénnych zdrojov. Pre dekádu 2010–2019 sa odhaduje na 218 [203–241] Tg CH4 yr−1 (BU) a 190 [177–204] Tg CH4 yr−1 (TD) [Table 3]. V rámci tejto kategórie sú významné emisie z enterickej fermentácie a hnoja, pestovania ryže a skládok.
• Fosilné palivá: Emisie spojené s ťažbou, spracovaním a distribúciou fosílnych palív (ropa, plyn, uhlie) tvoria ďalšiu veľkú antropogénnu kategóriu. Odhady pre dekádu 2010–2019 sú 118 [113–125] Tg CH4 yr−1 (BU) a 124 [118–131] Tg CH4 yr−1 (TD).
• Spaľovanie biomasy a biopalív: Táto kategória prispieva k celkovým emisiám 28 [21–39] Tg CH4 yr−1 (BU) a 26 [21–31] Tg CH4 yr−1 (TD) v dekáde 2010–2019. Podiel biopalív tvorí 30–50 % z tohto množstva.

Ďalšie prírodné zdroje zahŕňajú geologické zdroje, divé zvieratá, termity a požiare.

Pohlcovače metánu

Metán je z atmosféry odstraňovaný hlavne chemickými reakciami (oxidáciou). Hlavným pohlcovačom je reakcia s hydroxylovým radikálom (OH) v troposfére. Pre dekádu 2010–2019 sa strata CH4 oxidáciou OH v troposfére odhaduje na 563 [462–663] Tg CH4 yr−1 (BU) a 514 [508–521] Tg CH4 yr−1 (TD) [20, Table 3].

Ďalším pohlcovačom je stratosférická strata, najmä reakciami s O(1D), Cl, F a OH. Tento pohlcovač je menší, odhadovaný na 39 Tg CH4 yr−1 (BU) a 35 Tg CH4 yr−1 (TD) pre dekádu 2010–2019 [21, Table 3]. Pôdy tiež pôsobia ako pohlcovač metánu, hoci s výraznou neistotou medzi prístupmi (31 [20–43] Tg CH4 yr−1 BU vs. 4 [2–7] Tg CH4 yr−1 TD pre 2010–2019) [Table 3].

Celkové pohlcovače (súčet troposférickej straty, stratosférickej straty a pôdneho pohlcovania) sú pre dekádu 2010–2019 odhadované na 633 [507–796] Tg CH4 yr−1 (BU) a 554 [550–567] Tg CH4 yr−1 (TD). Je pozoruhodné, že TD odhad celkových pohlcovačov je v podstate rovný TD odhadu celkových zdrojov pre dané obdobie.

Atmosférický rast a rozpočtová nerovnováha

Rozdiel medzi celkovými emisiami (zdrojmi) a celkovým odstránením (pohlcovačmi) určuje atmosférický rast metánu. Táto „nerovnováha“ v rozpočte by sa mala zhodovať s pozorovaným atmosférickým rastom. Pozorovaná rýchlosť atmosférického rastu pre dekádu 2010–2019 bola v priemere 20.9 [20.1–21.7] ppb yr−1, čo po konverzii zodpovedá 57.5 [55.3–59.6] Tg CH4 yr−1. Nerovnováha odvodená z TD rozpočtu je 21 [19–33] Tg CH4 yr−1 pre to isté obdobie. Táto výrazná diskrepancia naznačuje buď podcenenie zdrojov, alebo precenenie pohlcovačov v TD modeloch [Section 5.2.2 nie je k dispozícii, ale vyplýva z dát].

V roku 2020 bol zaznamenaný výrazne vyšší atmosférický rast metánu (41.8 [40.7–42.9] ppb yr−1, čo je 115 [112–118] Tg CH4 yr−1). TD nerovnováha pre rok 2020 bola 32 [15–38] Tg CH4 yr−1.

Regionálne rozloženie a klimatická zmena

Emisie metánu dominujú v tropickom pásme (90° S–30° N), ktoré prispieva 64 % k celkovým emisiám, hoci predstavuje len 53 % globálnej pevninskej plochy. V tomto regióne sú najväčšími zdrojmi poľnohospodárstvo a odpady, takmer rovnako veľké ako kombinované emisie z mokradí a vnútrozemských sladkých vôd. V severných stredných šírkach (30–60° N) dominujú antropogénne emisie, najmä z poľnohospodárstva a odpadov, tesne nasledované fosílnymi palivami. Borealne oblasti (60–90° N) sú dominantne ovplyvnené emisiami z vnútrozemských sladkých vôd.

Klimatická zmena má významný vplyv na metánový rozpočet. Zvyšujúce sa teploty môžu ovplyvniť emisie z prírodných zdrojov, najmä mokradí a permafrostu [Section 7]. Neistoty v rozpočte metánu, najmä pri prírodných tokoch a ich odozve na meniace sa klimatické podmienky, zostávajú kritickou oblasťou výskumu. Zmeny v hlavnom pohlcovači, hydroxylovom radikáli (OH), tiež ovplyvňujú životnosť metánu v atmosfére a sú predmetom štúdia v kontexte meniacej sa atmosféry.

Záver

Globálny rozpočet metánu je komplexný systém s mnohými vzájomne pôsobiacimi zdrojmi a pohlcovačmi. Zatiaľ čo hlavné antropogénne zdroje ako poľnohospodárstvo/odpady a fosílne palivá sú lepšie pochopené, prírodné zdroje, najmä mokrade, a pohlcovače stále predstavujú významné neistoty. Nedávny nárast atmosférických koncentrácií a pretrvávajúca nerovnováha v rozpočte zdôrazňujú naliehavosť zlepšenia monitorovania a modelovania na presnejšie určenie zmien v zdrojoch a pohlcovačoch a ich prepojenia s klimatickou zmenou. Zníženie antropogénnych emisií metánu je zásadné pre zmiernenie krátkodobého klimatického otepľovania. JaroR

Štúdia je publikovaná v časopise Earth System Science Data .

Slovník kľúčových pojmov

• Tg CH4 yr-¹: Teragramy metánu za rok. Jednotka používaná na vyjadrenie množstva metánu uvoľneného alebo odstráneného z atmosféry v priebehu jedného roka (1 Tg = 10¹² gramov).
• Zdola nahor (Bottom-up): Metódy odhadu emisií alebo záchytov, ktoré sa spoliehajú na detailné informácie o jednotlivých zdrojoch alebo záchytoch, ako sú modely založené na procesoch, inventúry alebo priame merania v teréne, a následne sa agregujú na vyššiu úroveň (napr. regionálnu, globálnu).
• Zhora nadol (Top-down): Metódy odhadu emisií alebo záchytov, ktoré sa spoliehajú na atmosférické merania koncentrácie metánu a modely atmosférickej dopravy a chémie, aby sa spätne vypočítali emisie alebo záchyty na povrchu.
• Chemické záchyty (Chemical sinks): Procesy, pri ktorých sa metán odstraňuje z atmosféry chemickými reakciami, predovšetkým reakciou s hydroxylovým radikálom (OH) v troposfére, ale aj v stratosfére a s inými oxidantmi ako troposférický chlór (Cl).
• Pohlcovanie pôdou (Soil uptake): Proces, pri ktorom sa metán odstraňuje z atmosféry mikrobiálnou oxidáciou v aeróbnych pôdach.
• Mokrade (Wetlands): Ekosystémy s inundovanými alebo nasýtenými pôdami alebo rašeliniskami, kde anaeróbne podmienky vedú k produkcii CH4. Zahŕňajú rašeliniská, minerálne pôdne mokrade a sezónne/trvalé záplavové oblasti.
• Vnútrozemské sladkovodné ekosystémy (Inland freshwater ecosystems): Systémy sladkej vody ako jazerá, rybníky, nádrže, potoky a rieky, ktoré sú zdrojom emisií CH4.
• Dvojité započítanie (Double counting): Situácia, keď sa emisie z jedného zdroja alebo procesu započítajú viackrát pri agregácii rôznych kategórií emisií, napríklad prekrývaním odhadov z mokradí a vnútrozemských vôd.
• Hydráty (Hydrates): Kryštály podobné ľadu tvorené metánom a vodou pod špecifickými teplotnými a tlakovými podmienkami, najmä v morských sedimentoch alebo permafroste, ktoré môžu obsahovať veľké zásoby metánu.
• Permafrost (Permafrost): Zamrznutá pôda, sediment alebo hornina, ktorá si udržiava teplotu 0 °C alebo nižšiu po dobu najmenej dvoch po sebe nasledujúcich rokov. Topenie permafrostu môže uvoľňovať metán do atmosféry.
• Interkvartilové rozpätie (Interquartile range – IQR): Rozdiel medzi tretím kvartilom (75. percentilom) a prvým kvartilom (25. percentilom) súboru údajov, ktorý meria rozptyl stredných 50 % údajov. Používa sa na identifikáciu odľahlých hodnôt.
• Odľahlé hodnoty (Outliers): Hodnoty v súbore údajov, ktoré ležia výrazne mimo normálneho rozsahu iných hodnôt. V tejto štúdii sú definované ako hodnoty pod prvým kvartilom mínus 3-násobok IQR alebo nad tretím kvartilom plus 3-násobok IQR.