Ατμοσφαιρικό μεθάνιο

Ατμοσφαιρικό μεθάνιο (αγγλικά atmospheric methane) είναι το μεθάνιο που βρίσκεται στην ατμόσφαιρα της Γης. Το επίπεδο συγκέντρωσης του μεθανίου στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας έχουν ενδιαφέρον γιατί το μεθάνιο έχει σημαντική επίπτωση στην κλιματική αλλαγή, ως ένα από τα σημαντικότερα αέρια θερμοκηπίου στη Γη.  Το δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης των 100 ετών του μεθανίου είναι 29, δηλαδή σε μια χρονική περίοδο 100 ετών το μεθάνιο παγιδεύει 29 φορές περισσότερη θερμότητα ανά μονάδα μάζας σε σύγκριση με το διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Τα επίπεδα μέσης παγκόσμιας συγκέντρωσης του μεθανίου από 722 ppb που ήταν κατά τη προβιομηχανική εποχή αυξήθηκαν σε 1800 ppb το 2011, που είναι η υψηλότερη τιμή συγκέντρωσης μεθανίου στην ατμόσφαιρα της Γης εδώ και τουλάχιστον 800.000 χρόνια. Η μέση συγκέντρωση του μεθανίου στην ατμόσφαιρα της Γης είναι υψηλότερη στο Βόρειο Ημισφαίριο γιατί εκεί βρίσκονται οι περισσότερες πηγές έκλυσης μεθανίου (φυσικές και ανθρωπογενείς), αφού αυτό το ημισφαίριο της Γης περιέχει μεγαλύτερο ποσοστό ξηράς. Η μέση συγκέντρωση του μεθανίου στην ατμόσφαιρα της Γης μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια του έτους, με ελάχιστη τιμή κατά το τέλος του Καλοκαιριού, λόγω της αυξημένης φωτοχημικής καταστροφής του μεθανίου κατά τη διάρκεια αυτής της εποχής, που συνδυάζει αυξημένη ηλιακή ακτινοβολία και υγρασία.

Νωρίς στην ιστορία του πλανήτη μας, πριν περίπου 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, η μέση συγκέντρωση του μεθανίου στην ατμόσφαιρα ήταν περίπου κατά 1.000 φορές μεγαλύτερη από τη σημερινή. Το μεθάνιο αυτό προερχόταν από την αυξημένη (τότε) ηφαιστεική δραστηριότητα του πλανήτη. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, εμφανίστηκαν οι πρώιμες μορφές ζωής στη Γη. Αρχικά, αρχαία βακτήρια πρόσθεσαν και άλλο μεθάνιο στην ατμόσφαιρα, μετατρέποντας διοξείδιο του άνθρακα και υδρογόνο (που επίσης περιείχε η τότε ατμόσφαιρα) σε μεθάνιο και νερό. Το οξυγόνο έγινε κύριο συστατικό της ατμόσφαιρας της Γης αρκετά αργότερα από το αναφερόμενο χρονικό σημείο, δηλαδή αφού εμφανίστηκαν και εξελίχθηκαν φωτοσυνθετικοί οργανισμοί στη Γη. Χωρίς την παρουσία οξυγόνου, το μεθάνιο μπορούσε να μείνει άθικτο για μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα στην ατμόσφαιρα, σε σύγκριση με τον παρόντα χρόνο.

Το μεθάνιο σχηματίστηκε κοντά στην επιφάνεια, και μεταφέρθηκε ως τη στρατόσφαιρα με ανερχόμενα ρεύματα αέρα στις τροπικές περιοχές. Η ανεξέλεγκτη αύξηση της συγκέντρωσης του μεθανίου στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας τείνει να περιοριστεί με φυσικούς μηχανισμούς, αλλά η αλόγιστη ανθρωπογενής παρέμβαση έχει αναστατώσει τους μηχανισμούς αυτούς. Το μεθάνιο στην ατμόσφαιρα της Γης αντιδρά με το οξυγόνο και ελεύθερες ρίζες υδροξυλίου, που σχηματίζονται από οξυγόνο μονής κατάστασης και υδρατμούς.

Το μεθάνιο ως αέριο θερμοκηπίου 
Το μεθάνιο στην ατμόσφαιρα της Γης είναι σημαντικό αέριο του θερμοκηπίου, με δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης των 100 ετών 34 . Αυτό σημαίνει ότι η μια συγκεκριμένη μάζα μεθανίου που εκλύεται στην ατμόσφαιρα επιδρά στο «φαινόμενο του θερμοκηπίου» του πλανήτη μας 34 φορές περισσότερο από ίση μάζα διοξειδίου του άνθρακα, με την επίδραση υπολογισμένη στη χρονική περίοδο των επόμενων 100 ετών. Το μεθάνιο έχει σχετικά μεγαλύτερη επίδραση σε σύντομη χρονική περίοδο, γιατί έχει ημιζωή 7 ετών στην ατμόσφαιρα της Γης, ενώ το διοξείδιο του άνθρακα έχει σχετικά μικρότερη επίδραση (κατά μάζα), αλλά επιδρά για μακρύτερη χρονική περίοδο, δηλαδή πάνω από 100 έτη. Εξαιτίας αυτής της διαφοράς, το δυναμικό παγκόσμιας θέρμανσης των 20 ετών για το μεθάνιο είναι 86. Η συγκέντρωση του μεθανίου έχει αυξηθεί από το 1750 κατά περίπου 150%, και η συνολική επίδρασή του στο παγκόσμιο κλίμα είναι της τάξης του 20% σε σύγκριση με το σύνολο των υπόλοιπων (και συνήθως πιο) μακρόβιων αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα του πλανήτη μας. Συνήθως το πλεόνασμα του μεθανίου από χωματερές και άλλους φυσικούς παραγωγούς μεθανίου καίγεται, οπότε εκλύεται στην ατμόσφαιρα διοξείδιο του άνθρακα αντί μεθανίου, γιατί το μεθάνιο είναι πιο αποτελεσματικό αέριο θερμοκηπίου από το διοξείδιο του άνθρακα. Τελευταία, το μεθάνιο που εκλύεται από ανθρακωρυχεία μετατρέπεται επιτυχώς σε ηλεκτρική ενέργεια (μέσω καύσης του σε γεννήτριες).

Παγκόσμιος κύκλος μεθανίου 

1. Μόνιμα παγωμένο έδαφος (permafrost), παγετώνες, και πυρήνες πάγου (ice cores): Πηγές που εκλύουν με αργό ρυθμό μεθάνιο, όταν η παγκόσμια θερμοκρασία αυξάνει. Το μεθάνιο που περιέχουν που παγιδεύθηκε στο παρελθόν, σε παγωμένα περιβάλλοντα.

2. Υγρότοποι: Αρκετά θερμές θερμοκρασίες και υγρά περιβάλλοντα είναι ιδανικά για μεθανογένεση.

3. Πυρκαγιές: Η μαζική (ατελής) καύση οργανικής ύλης εκλύει μεθάνιο στην ατμόσφαιρα

4. Οριζώνες: Στους θερμότερους και πιο υγρούς οριζώνες παράγεται και εκλύεται περισσότερο μεθάνιο.

5. Ζώα: Αρκετά ζώα περιέχουν στα έντερά τους συμβιωτικούς μικροοργανισμούς που βοηθούν στη μερική πέψη δύσπεπτων τροφών, παράγοντας και εκλύοντας μεθάνιο ως παραπροϊόν αυτής της διεργασίας.

6. Φυτά: Ενώ το μεθάνιο μπορεί να καταναλωθει στο έδαφος πριν εκλυθεί στην ατμόσφαιρα, τα φυτά επιτρέπουν σε αυτό απευθείας ταξείδι από τις ρίζες της και διαμέσου των φύλλων τους στην ατμόσφαιρα. Επίσης, μερικά φυτά μπορούν και παράγουν απευθείας μεθάνιο.

7. Χωματερές: Η διασπούμενη οργανική ύλη και οι αναερόβιες συνθήκες διάσπασης στις χωματερές τις καθιστά σημαντικές πηγές παραγωγής και έκλυσης μεθανίου.

8. Αποχέτευση: Αναερόβιες μέθοδοι διαχείρισης οργανικών υγρών αποβλήτων μέσα σε νερό καταλήγουν στην παραγωγή και έκλυση μεθανίου.

9. Ρίζες υδροξυλίου: Οι ρίζες υδροξυλίου στην ατμόσφαιρα αποτελούν το μεγαλύτερο καταστροφέα και καταβυθιστή για το ατμοσφαιρικό μεθάνιο (το μετατρέπουν σε μεθανόλη), καθώς και μια από τις πιο σημαντικές πηγές παραγωγής υδρατμών στην ανώτερη ατμόσφαιρα.

10. Ρίζες ατομικού χλωρίου: Οι ελεύθερεε ρίζες ατομικού χλωρίου στην ατμόσφαιρα επίσης αντιδρούν με το μεθάνιο.

Παρατηρήσεις, υποσημειώσεις και αναφορές 

Αλκάνια
C1
Ατμοσφαιρική ρύπανση