Arktisk metanutslipp

Den frigivelse av det arktiske metan betegner flere former for avvisning av metaninnholdet i havene subglasiale økosystemer og jord av permafrost Arktis .

Denne prosessen skjer naturlig over lange tidsskalaer, men det er sannsynlig at klimaendringene i slutten av XX th  tallet og begynnelsen av XXI th  århundre fremhever fenomenet. Siden metan er en klimagass , gir den akselererte frigjøringen en positiv tilbakemelding på global oppvarming , det vil si en akselerasjon av den.

Arktisens spesifikasjoner

Den arktiske regionen og noen subarktiske områder skiller seg sterkt fra deres antarktiske kolleger på den sørlige halvkule. Arktis er en av de mange kildene til metan i dag.

Fremtidige variasjoner i arktiske metanutslipp er usikre, men det er enighet om deres sannsynlige økning, noe som vil tilføre metan til andre kilder (fossile, marine, landbruksprodukter, avfall osv.) På grunn av demografi. Verden, industrialiseringen av visse land og den økende etterspørselen etter energi, samt global oppvarming.

Men ifølge noen kilder i tilsynelatende motsetning med disse "prognosene", ser den globale CH4-konsentrasjonen ut til å ha stabilisert seg.

Tilfelle av den termokarstiske sonen

Dette området danner en slags enorm økotone som tilsvarer smeltelinjen til den frosne bakken. Permafrost og metanhydrater forverres med varme. De kan da frigjøre store mengder metan, under påvirkning av lokale kilder til intern varme (av vulkansk opprinnelse) eller av global oppvarming. Andre kilder til metan eksisterer, inkludert ubåt-talik , elveløp, tilbaketrekning av is, ubåtpermafrost og nedbrytende gasshydratavsetninger.

Global oppvarming forsterker frigjøringen av CH4 fra termokarstene , av minst to grunner:

  1. på den ene siden på grunn av frigjøring av metan som finnes i forskjellige lagringssteder (klatrater, gassbobler fanget i bakken, osv.);
  2. derimot på grunn av aktiv metanogenese om sommeren i råtnende biomasse . I Arktis lagres store mengder metan i naturgassforekomster, i permafrost så vel som i ubåtmetanhydrater .

Tilfelle av vegeterte (tundra) og skogkledde (taiga) områder

Revegetering av jorda (spesielt når det gjelder vaskulære planter i den arktiske våte tundraen) kan forstyrre på flere måter (fremdeles dårlig kvantifisert og forstått), med utslippene av metan fra økosystemet:

Inlandsis-saken

I 2018 blir isdekket fortsatt urettmessig ignorert i de globale "budsjettene" for metan.

Mikrobielt liv, nesten fraværende på og i isen, er tvert imot intens under den polare isen i kontakt med gamle organiske jordarter, hver sommer, når flytende vann er rikelig og sirkulerer (hastigheter på 10 6 –10 7 celler bakterier pr. ml vann eller sediment er vanlige der; Arktisisen er faktisk delvis basert på et usynlig, men stort våtmark som fortsatt er rikt på organisk materiale , som er et resultat av eldgamle tundraer og torvmarker som trivdes der under de forrige mellomisene).

Den metansyklusen er fortsatt aktiv der, men den totale eller årlige mengden metan som kan frigjøres i en varmende situasjon har ennå ikke blitt evaluert.

Bevis ( særlig paleoklimatisk ) antyder at denne CH4 imidlertid kan forsterke global oppvarming.

De isotopiske analysene viser at metanen som finnes i smeltevann fra denne regionen er av mikrobiell opprinnelse. En fersk studie (2019) konkluderte med at det subglaciale organiske stoffet på Grønland kan ha tilstrekkelig masse og grensesnitt med smeltevann for å påvirke planetariske biogeokjemiske sykluser. Forskere kaller for å evaluere sommeren metabolismen av subglasiale mikrober i arktiske, og studere emisjon / sink balanse av polare subglasiale økosystemer, fordi hver sommer, i anoksisk situasjon, bakterier bryter ned organisk materiale der ved å slippe CO2 og CH4. Men på den annen side, i utkanten av bassenget (mot smeltevannutløpene), er det subglaciale mikrobielle økosystemet mer oksygenert og er hjemmet til en stor mengde metanotrofe bakterier (som "forbruker" metan).

Sommeren 2012 og 2013 begynte forskere å studere biogeokjemi av mikrobielle økosystemer som ligger under Russelbreen (vestgrensen til Grønland), via smeltevannet som er drenert under breen: her produseres metanet hovedsakelig av bakterier ( Methanosarcinales og Methanomicrobials ) . Men i utkanten viser den mest aktive og rikholdige underglassbiomassen seg å være sammensatt av metanotrofe bakterier i størrelsesorden metylokokker, som tvert imot utgjør en "metanvask". I løpet av de to somrene i 2012 og 2013, under denne Russelbreen, varierte den oppløste metanen som ble funnet i smeltevannet som ble drenert under breen, fra 2,7 til 83 µm. og konsentrasjonen av den var alltid omvendt korrelert med den for oppløst oksygen; på den annen side var det positivt korrelert med vannets elektriske ledningsevne. Under aerobe forhold ble mer enn 98% av metanet i det subglaciale vannet som ble prøvd forbrukt i omtrent 30 dagers inkubasjon ved ± 4 ° C og (mikrobiell oksidasjonshastighet av metan estimert til 0,32 µm / 24t) med CO2-utslipp, men mindre " drivhus "enn de fra CH4.

For hver smeltesesong dannes nettverk av bekker, torrenter, tunneler, innsjøer etc. under indlandsis. Så vises i utkanten av indlansis " puffs " av vann overmettet med metan ( CH4 (aq) ). Dette vannet som dreneres under iskappen til periferien, lar deretter raskt noe av metanet komme ut i luften ("  atmosfærisk rømning  " er i denne regionen den viktigste metanvasken når avrenningen når toppen. Kanten av iskappen). For studieområdet var det første estimatet av denne sesongmessige strømmen 6,3 tonn (gjennomsnitt; fra 2,4 til 11 tonn) oppløst CH4 (CH4aq) som ble transportert sideveis under iskappen.

Den subglaciale hydrologien er mindre kjent i store deler av Arktis, i noen alpine isbreer eller i noen paleoklimatiske europeiske sammenhenger. I Arktis ser det ut til å være en avgjørende faktor i "kontrollen" av metanstrømmer fra innlandsisen. Faktisk, under drenering av vann mettet med metan, er bare 17% av dette eksporterte metanet oksidert, resten går gjennom luften. I Arktis konkurrerer de subglaciale metandiffusjonsstrømmene (4,4 til 28 millimol eller CH4 per kvadratmeter per dag) derfor med utslippene fra verdens store elver (de har også lenge vært undervurdert og av den grunn ikke tatt i betraktning i samlede balanser).

Paleoklimatologi, bølger av utryddelse og paleoekologi av interglacials

Vi ser at jo mer klimaet varmes opp, i dag og under tidligere mellomis, jo mer øker asymmetrien av metanhastighetene mellom de to polene. I løpet av tidligere mellomisperioder var metankonsentrasjonen i jordens atmosfære omtrent dobbelt så høy som de laveste verdiene registrert i løpet av en istid .

Konsentrasjoner i den arktiske atmosfæren er 8-10% høyere enn i den antarktiske atmosfæren .

I løpet av istiden hadde denne gradienten mellom Arktis og Antarktis blitt redusert til et ubetydelig nivå.

Den økosystemer land er ansett som den viktigste kilden til asymmetri, selv om det ble understreket at rollen til Polhavet er i stor grad undervurdert. Jordtemperatur og fuktighetsnivå har vist seg å ha en betydelig innvirkning på metanutveksling i tundraen .

Merknader og referanser

  1. NOAA / Point Barrow Observatory, Alaska, 71,323 -156,611.
  2. "  Giovanni  " , på Giovanni  (en) , NASA (åpnet 6. november 2020 ) .
  3. Christensen, TR, Johansson, T., Åkerman, HJ, Mastepanov, M., Malmer, N., Fribourg, T., ... & Svensson, BH (2004). Tining av subarktisk permafrost: Effekter på vegetasjon og metanutslipp . Geofysiske forskningsbrev, 31 (4).
  4. (i) AA Bloom, PI Palmer, A. Fraser, DS Reay og C. Frankenberg, "  Large-Scale kontroller av Methanogenesis inferred fra metan og Gravity spaceborne data  " , Science , American Association for the Advancement of Science (AAAS) flight .  327, n o  5963,14. januar 2010, s.  322-325 ( ISSN  0036-8075 , DOI  10.1126 / science.1175176 , les online ).
  5. (en) Zimov, His; Schuur, Ea; Chapin, Fs, 3Rd, “  Klimaendringer. Permafrost og det globale karbonbudsjettet.  » , Science , vol.  312, n o  5780,juni 2006, s.  1612–3 ( ISSN  0036-8075 , PMID  16778046 , DOI  10.1126 / science.1128908 )
  6. (in) Shakhova, Natalia, "  Distribusjonen av metan på de sibiriske arktiske hyllene: Implikasjoner for den marine metansyklusen  " , Geophysical Research Letters , vol.  32, n o  9,2005, s.  L09601 ( DOI  10.1029 / 2005GL022751 , Bibcode  2005GeoRL..3209601S )
  7. (i) Natalia Shakhova og Igor Semiletov , "  Metanutslipp og kystmiljø i den østsibiriske arktiske sokkelen  ," Journal of Marine Systems , vol.  66, n bein  1-42007, s.  227–243 ( DOI  10.1016 / j.jmarsys.2006.06.006 , Bibcode  2007JMS .... 66..227S )
  8. (i) Merritt R. Turetsky , Benjamin W. Abbott , Miriam C. Jones og Katey Walter Anthony , "  Carbon utgivelsen gjennom bratt permafrost tiner  " , Nature Geoscience , vol.  13, n o  tofebruar 2020, s.  138–143 ( ISSN  1752-0908 , DOI  10.1038 / s41561-019-0526-0 , lest online , åpnet 8. februar 2020 )
  9. (i) KM Walter, JP CHANTON, FS Chapin, EAG Schuur og SA Zimov, "  metanproduksjon og bobleutslipp fra arktiske innsjøer: isotopisk implikasjoner for kilde- aldre og trasé  " , Journal of Geophysical forskning , Wiley-Blackwell, vol.  113,2. august 2008( ISSN  0148-0227 , DOI  10.1029 / 2007JG000569 , les online )
  10. Joabsson A & Christensen TR (2001) Metanutslipp fra våtmark og deres forhold til karplanter: et arktisk eksempel . Global Change Biology, 7 (8), 919-932. abstrakt
  11. Morrissey, LA, DB Zobel, GP Livingston, Betydningen av stomatalkontroll ved metanfrigjøring fra Carex-dominerte våtmarker , Chemosphere , 26, 1–4339, 1993.
  12. Torn MS & Chapin III FS (1993) Miljø- og biotiske kontroller over metanfluss fra arktisk tundra . Chemosphere , 26 (1), 357-368. ( ScienceDirect- sammendrag )
  13. Kelker D & Chanton J, Effekten av klipping på metanutslipp fra Carex, Biogeochemistry, 39, 37–44, 1997
  14. ( sammendrag )
  15. Kirschke, S. et al. (2013) Tre tiår med globale metankilder og vasker . Nat. Geosci. 6, 813–823 | url + https://pdfs.semanticscholar.org/5c95/55488862df46651f3e97a9cbbcb0bc0cdabf.pdf
  16. Schaefer H et al. (2016) Et skifte fra det 21. århundre fra fossilt brensel til biogene metanutslipp indikert av 13CH4 . Science 352, 80–84 ( abstrakt )
  17. Wadham JL, Tranter M, Tulaczyk S & Sharp M (2008) Subglacial methanogenesis: a potential climatic amplifier? Global Biogeochem. Cy. 22, GB2021 | URL = https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2007GB002951
  18. Broemsen EL (2014) Bevis for metansykling under den vestlige kanten av Grønlandsisen
  19. Petrenko VV & al. (2017) Minimale geologiske metanutslipp under Younger Dryas - Preboreal abrupt warming event . Nature 548, 443–446 | URL = https://www.nature.com/articles/nature23316
  20. Wadham JL et al. (2012) Potensielle metanreservoarer under Antarktis . Natur 488, 633–637.
  21. Michaud AB & al. (2017) Mikrobiell oksidasjon som metan synker under det vestantarktiske isarket . Nat. Geosci. 10, 582-586.
  22. Maurice L, Rawlins BG, Farr G, Bell R & Gooddy DC (2017) Påvirkningen av strømning og sengelengde på gassoverføring i bratte bekker og deres implikasjoner for unnvikelse av CO2 . J. Geophys. Res. Biogeosci. 122, 2862-2875.
  23. Hubbard, B., & Nienow, P. (1997). Alpin subglacial hydrologi . Kvartærvitenskapelige anmeldelser, 16 (9), 939-955.
  24. Piotrowski JA (1997) Subglasiale hydrologi i Nordvest-Tyskland under den siste breingen: grunnvannstrømning, tunneldaler og hydrologiske sykluser . Kvartærvitenskapelige anmeldelser, 16 (2), 169-185.
  25. Dieser, M. et al. (2014). Molekylære og biogeokjemiske bevis for metansykling under den vestlige kanten av Grønlandsisen . ISME J. 8, 2305–2316
  26. Stanley EH & al. (2016) Metanens økologi i bekker og elver: mønstre, kontroller og global betydning . Skole. Monogr. 86, 146–171
  27. (in) Climate Change 2001: The Scientific Basis , IPCC , Cambridge University. Press , Cambridge, 2001.
  28. (in) DO Shakhova, Semiletov IP, AN Salyuk, NN Bel'cheva, og DA Kosmach ,, "  Metananomalies in the Near-Atmospheric Water Layer above-the Shelf of East Siberian Arctic Shelf  " , Doklady Earth Sciences , vol.  415, n o  5,2007, s.  764–768 ( DOI  10.1134 / S1028334X07050236 , Bibcode  2007DokES.415..764S )
  29. (i) Margaret Torn og Susan F. Stuart Chapin, "  Miljø- og biotisk kontroll over strømmer metan fra arktisk tundra  " , Chemosphere , Elsevier BV, vol.  26, n bein  1-4Januar 1993, s.  357-368 ( ISSN  0045-6535 , DOI  10.1016 / 0045-6535 (93) 90431-4 , les online )
  30. (in) SC og WS Reeburgh Whalen, "  Forbruk av atmosfærisk metan av tundrajord  " , Nature , Nature Publishing Group, vol.  346, n o  6280,12. juli 1990, s.  160-162 ( ISSN  0028-0836 , DOI  10.1038 / 346160a0 , les online )

Se også

Bibliografi

Relaterte artikler

Ekstern lenke