Metano atmosférico

O **metano atmosférico** é o gas metano presente na atmosfera terrestre. As concentracións que alcanza o metano atmosférico son de grande interese debido ao impacto que este gas ten no cambio climático, xa que é un dos gases de efecto invernadoiro máis potentes da atmosfera. O potencial de quecemento global en 100 anos do metano é 29, é dicir, nun período de 100 anos, captura 29 veces máis calor por unidade de masa que o dióxido de carbono e 32 veces máis que o efecto que teñen as interaccións dos aerosois (a cifra exacta varía segundo a estimación consultada). Os niveis de metano globais chegaron a 1800 partes por billón (ppb) en 2011, un incremento 2,5 veces maior que o que había na era preindustrial (722 ppb), o que representa o valor máximo desde hai polo menos 800.000 anos. As súas concentracións son maiores no hemisferio norte porque as maiores fontes de emisión (naturais e humanas) están localizadas en terra, e ese hemisferio ten máis superficie continental. As concentracións varían estacionalmente cun mínimo ao final do verán, principalmente debido á eliminación de metano producida por reaccións co radical hidroxilo.
400px|miniatura|dereita|Concentracións de metano ata 2011.

Aos inicios da historia da Terra, aproximadamente hai uns 3,5 miles de millóns de anos, había 1.000 veces máis metano na atmosfera terrestre que o que hai agora, que era liberado á atmosfera pola actividade volcánica. Durante este tempo, apareceron as primeiras formas de vida sobre a Terra. Estas primeiras bacterias primitivas que apareceron fixeron aumentar a concentración de metano ao converteren o hidróxeno e o dióxido de carbono en metano e auga. O oxíxeno non supuxo unha proporción importante da atmosfera ata que evolucionaron os organismos fotosintéticos en etapas posteriores. Sen oxíxeno, o metano permanecía na atmosfera durante máis tempo e acadaba maiores concentracións que as actuais.

O metano orixínase preto da superficie, e é transportado á estratosfera polo aire ascendente dos trópicos. As acumulacións incontroladas de metano na atmosfera terrestre son controladas de forma natural (aínda que a influencia humana pode alterar esta regulación natural) por medio da reacción do metano con radicais hidroxilo formados a partir de átomos de oxíxeno singulete e con vapor de auga.
[miniatura|dereita|400px|Concentracións de metano (curva verde) durante 420.000 anos segundo datos tomados de mostras de xeo da [estación Vostok Station|estación de investigación antártica Vostok. O período actual está á esquerda.]]

## O metano como gas invernadoiro 
O metano na atmosfera terrestre é un forte gas de efecto invernadoiro, o cal se cuantifica co seu potencial de quecemento global, que se pode medir nun período de 100 anos ou de menos, comparado coa mesma masa de dióxido de carbono no mesmo período. O metano ten un grande efecto (100 veces maior que o do dióxido de carbono) en breves períodos (ten unha vida media na atmosfera de 7 anos, segundo algunhas estimacións), mentres que o dióxido de carbono ten un efecto pequeno pero durante períodos longos (uns 100 anos). A causa desta diferenza de efectos e de períodos de tempo, o potencial de quecemento global do metano en 20 anos é de 86 e baixa a 29 en 100 anos (pola súa pouca persistencia na atmosfera).

A concentración do metano na atmosfera incrementouse nun 150% desde 1750, e agora supón o 20% de forzante radiativo total de todos os gases de invernadoiro de vida longa e mesturados globalmente. Segundo a NOAA as concentracións de metano atmosférico están por riba de 1820 ppb, principalmente debido á liberación de metano ártica a partir da fusión de clatratos de metano. A concentración de metano atmosférica non foi tan alta desde hai centos de miles de anos e correlaciónase co incremento en 9&nbsp;°C da temperatura media da Terra.

## Ciclo global do metano 
miniatura|center|550px|Diagrama moi simple do ciclo global do metano que mostra o fluxo do metano desde as súas fontes á atmosfera e os sumidoiros que consomen metano. A explicación atoparase nas seguintes seccións.

A. Permafrost, glaciares, e núcleos de xeo – Fontes que liberan lentamente o metano atrapado nos ambientes xeados a medida que se eleva a temperatura.

B. Zonas húmidas – As temperaturas cálidas e os ambientes húmidos son ideais para a produción de metano, na cal interveñen microorganismos.

C. Lumes forestais – A combustión da materia orgánica libera metano á atmosfera.

D. Campos de arroz – Canto máis cálido e húmido sexa o campo de arroz, máis metano produce. Tamén producen óxidos de nitróxeno con efecto invernadoiro.

E. Animais – A dixestión dos ruminantes produce por acción dos microorganismos simbiontes dos seus estómagos moito metano, que despois se libera. Tamén as térmites teñen ese tipo de simbiontes.

F. Plantas – Aínda que o metano pode ser consumido no solo antes de ser liberado á atmosfera, as plantas poden liberalo tamén polas follas.

G. Vertedoiros de lixo – A materia orgánica en descomposición e as condicións anaeróbicas causan que os vertedoiros sexan unha fonte significativa de metano.

H. Plantas depuradoras de augas – O tratamento anaeróbico dos compostos orgánicos presentes nas augas residuais produce metano.

I. Radical hidroxilo – O radical hidroxilo na atmosfera é o maior sumidoiro de metano atmosférico e unha das fontes máis importantes de vapor de auga na atmosfera superior.

J. Radical cloro – O radical cloro libre na atmosfera tamén reacciona co metano.

## Medida das emisións de metano 
miniatura|400px|Modelos por computadora que mostran a cantidade de metano (partes por millón por volume) na superficie (arriba) e na estratosfera (abaixo).

O equilibrio entre as fontes emisoras e os sumidoiros de metano non se comprende totalmente. O Grupo de Traballo I do Grupo intergobernamental sobre o cambio climático (IGCC) afirma no capítulo 2 do Informe da Cuarta Estimación que hai "grandes incertezas na estimación de abaixo a arriba actual dos compoñentes das fontes globais", e o equilibrio entre as fontes e os sumidoiros non está tampouco claro. O sumidoiro máis importante no ciclo do metano é a reacción co radical hidroxilo, que se produce fotoquimicamente na atmosfera. A produción deste radical non se comprende ben malia o seu grande efecto sobre as concentracións atmosféricas de metano. Esta falta de seguranza exemplifícase coas observacións feitas entre os anos 2000 e 2006 que mostraban que os incrementos na concentración atmosférica de metano cesaron sen que houbese unha redución nas fontes antropoxénicas, o que demostra que as estimacións de metano non predín de forma exacta as observacións do metano.

Houweling et al. (1999) dan as seguintes estimacións para as emisións do metano (Tg/a=teragramos por ano):

Todos os procesos que dean lugar á produción de metano e a súa liberación á atmosfera poden ser considerados como unha "fonte". Os dous procesos principais que son responsables da produción de metano ocorren como resultado da conversión anaeróbica de compostos orgánicos en metano feita por microorganismos.

A produción de metano ou metanoxénese ocorre principalmente en condicións anaeróbicas debido á falta doutros oxidantes. Nestas condicións, os organismos microscópicos chamados arqueas utilizan o acetato e o hidróxeno para degradar substratos esenciais nun proceso chamado fermentación.

Na *metanoxénese acetoclástica* certas arqueas *clivan o acetato producido durante a fermentación anaeróbica para render metano e dióxido de carbono.

H3C-COOH → CH4 + CO2

Na *metanoxénese hidroxenotrófica* as arqueas oxidan o hidróxeno con dióxido de carbono para producir metano e auga.

4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O

Aínda que as metanoxéneses acetoclástica e hidroxenotrófica son as dúas fontes principais de metano atmosférico, hai tamén outras fontes menores de metano.
miniatura|350px|Contribución de diversos procesos á produción de metano atmosférico.

### Fontes naturais de metano atmosférico 
A maioría das emisións ecolóxicas de metano están directamente relacionadas cos metanóxenos que xeran metano nos solos húmidos e cálidos e nos tractos dixestivos de certos animais.

#### Metanóxenos 
Os metanóxenos son microorganismos produtores de metano. Para producir enerxía, utilizan o proceso anaeróbico da metanoxénese en lugar dos procesos aeróbicos nos que se usa o oxíxeno, porque os metanóxenos son incapaces de metabolizar se están en presenza de só unha pequena concentración de oxíxeno. Cando a molécula de acetato rompe na metanoxénese, o resultado é a liberación de metano no medio ambiente.

#### Zonas húmidas 
As zonas húmidas achegan aproximadamente o 20% do metano atmosférico por medio de emisións desde os solos e as plantas. As zonas húmidas contrarrestan a acción de sumidoiro de metano que normalmente realiza o solo dependendo da profundidade da táboa de auga, a cal inflúe na difusión do metano e nas condicións máis ou menos anaerobias do solo e, por tanto, do tipo de microorganismos que actúan, metanotróficos ou metanóxenos. Cando o metano atravesa a auga, ten que circular entre as moléculas en rápido movemento de auga e tarda máis tempo en chegar á superficie. Cando viaxa polo solo, o seu movemento é máis fácil e a difusión á atmosfera máis rápida. Esta teoría do movemento está apoiada por observacións feitas nas zonas húmidas nas que hai fluxos significativos de metano despois de que hai unha baixada da táboa de auga debido á seca.

#### Animais 
Os animais ruminantes, especialmente vacas e ovellas, conteñen nos seus estómagos bacterias e outros microorganismos que lles axudan a dixerir o seu alimento vexetal. Algúns destes microorganismos utilizan o acetato procedente do material vexetal para producir metano, que se elimina cando o animal arrota ou defeca. A cantidade de metano emitida por unha vaca equivale á cantidade de metano que poden consumir 10.117 m² de bacterias metanotróficas.

As térmites tamén conteñen microorganismos metanoxénicos nos seus aparatos dixestivos. Porén, algúns destes organismos son tan raros que só viven nese hábitat. Estes microorganismos degradan compoñentes bióticos para producir etanol e metano como subprodutos. Porén, a diferenza do que ocorre nos ruminantes, que perden o 20% da enerxía das plantas que consomen, as térmites só perden o 2%. Comparativamente, as térmites non teñen que comen tanto alimento como os ruminantes para obter a mesma cantidade de enerxía, e liberan proporcionalmente menos metano.

#### Plantas 
As plantas vivas (por exemplo, os bosques) foron recentemente identificados como unha fonte potencialmente importante de metano, que posiblemente é responsable de aproximadamente do 10 ao 30% da produción de metano atmosférico. Unha publicación de 2006 calculou a emisión de 62–236 Tg ano−1, e "esta fonte recentemente identificada pode ter importantes implicacións". Aínda que o autor subliña que *"os nosos descubrimentos son preliminares con respecto á intensidade da emisión de metano"*.

Estes descubrimentos foron postos en cuestión nunha publicación de 2007 que atopou que *"non hai evidencia dunha emisión de metano aeróbica substancial polas plantas terrestres, que como moito é o 0,3% dos valores que previamente se publicaron"*.

Aínda que os detalles das emisións de metano non se confirmaron aínda, as plantas consideradas como unha fonte significativa de metano axudarían a encher os ocos dos cálculos previos do metano global e a explicar as grandes plumas de metano que se observan sobre os trópicos.

Nas zonas húmidas, onde a taxa de produción de metano é alta, as plantas axudan a emisión de metano na atmosfera, actuando como pararraios invertidos, xa que dirixen o gas desde o solo ao aire, especialmente as que teñen o tecido chamado aerénquima  Tamén son sospeitosas de producir eles mesmas o metano, pero como as plantas usarían as condicións aeróbicas para producir metano, o proceso exacto non foi identificado.

#### Metano procedente dos clatratos 
A altas presións, como as que se encontran no fondo dos océanos, o metano forma un clatrato sólido coa auga; estes compostos coñécense como hidratos de metano. Unha cantidade descoñecida pero posiblemente moi grande de metano está atrapada nos sedimentos oceánicos. Suxeriuse que a liberación de grandes volumes de gas metano de ditos sedimentos na atmosfera é unha causa posible dos eventos de quecemento global rápido no pasado remoto da Terra, como pode ser o Máximo térmico do Paleoceno-Eoceno de hai 55 millóns de anos, e a Grande extinción permo-triásica.

Hai teorías que suxiren que se o quecemento global actual causa que se quenten o suficiente, todo este metano podería de novo ser liberado á atmosfera. Como o gas metano é moito máis potente (para un peso dado e promediado en 100 anos) que o CO2 como gas invernadoiro; isto aumentaría enormemente o efecto invernadoiro.

#### Permafrost 
Hai metano conxelado no permafrost (solos que permanecen conxelados durante moitos anos) que se libera lentamente nos pantanos a medida que o permafrost funde. Co aumento das temperaturas medias globais, a cantidade de fusión do permafrost e de liberación de metano continuará incrementándose.

Aínda que os rexistros da fusión do permafrost son limitados, nos anos recentes (de 1999 a 2007) rexistrouse a fusión do permafrost en Alasca e Siberia. As medidas recentes en Siberia indican que o metano liberado é cinco veces maior que o que previamente se estimaba. A fusión do edoma (en ruso Едома), un tipo de permafrost de loess rico en materia orgánica, é unha fonte significativa de metano atmosférico (aproximadamente 4 Tg de CH4 por ano).

### Fontes antropoxénicas do metano atmosférico 
Algo menos da metade da emisión total de metano é debida a actividades humanas. Unha investigación recente da NASA confirmou o papel vital dos arrotos do gando no quecemento global. Outras investigacións NASA publicadas na revista *Science* sinalaron tamén que a contribución do metano ao quecemento global fora subestimado. O presidente da Academia Nacional de Ciencias dos Estados Unidos Ralph Cicerone (un científico da atmosfera), sinalou que a contribución do metano que fan as flatulencias e arrotos do gando ao quecemento global é un “asunto grave” e que “o metano é o segundo gas invernadoiro máis importante na atmosfera agora. A poboación de bovinos cárnicos e lácteos creceu tanto que o metano procedente das vacas é agora grande. Este non é un asunto trivial."

Aproximadamente, o 5% do metano libérase por medio de flatulencias, mentres que o 95% faino por medio de eructos. Están desenvolvéndose vacinas para reducir a cantidade de de metano producida por eructos.

#### Cultivo do arroz 
Debido ao continuo crecemento da poboación mundial, o cultivo do arroz converteuse nunha das fontes antropoxénicas máis poderosas. Os campos de arroz co seu solo asolagado e os climas cálidos actúan como zonas húmidas, pero son xeradas polos humanos para a produción de alimentos vexetais. Os campos de arroz por si sós son responsables de xerar aproximadamente 50-100 millóns de toneladas métricas de emisións de metano cada ano. Isto significa que a agricultura do arroz orixina entre o 15 e o 20 % das emisións de metano antropoxénicas. Un artigo de William F. Ruddiman explora a posibilidade de que as emisións de metano empezaron a aumentar como resultado da actividade antropoxénica hai 5.000 anos cando as culturas antigas comezaron a establecerse e a utilizar a agricultura e a irrigación para o cultivo de arroz en especial, como fonte de alimentos primaria. Ademais, os campos de arroz producen outros importantes gases invernadoiro, como o óxido nitroso. Mesmo despois de que se pecha un vertedoiro, a gran cantidade de materia en descomposición que contén continúa emitindo metano durante anos. Aínda que as bacterias metanotróficas no solo que o rodea oxidan unha parte, aproximadamente o 90 % do metano producido nos vertedoiros escapa a través do recubrimento do vertedoiro e chega á atmosfera.

#### Combustión de biomasa 
A combustión incompleta de materia orgánica viva ou morta orixina a emisión de metano. Os incendios naturais poden contribuír ás emisións de metano, mais a gran maioría das combustións de biomasa ocorren como resultado de accións humanas, incluíndo incendios accidentais ou provocados á mantenta, por exemplo, para limpar a terra ou eliminar lixo.

## Procesos que retiran metano 
Calquera proceso que consuma metano da atmosfera pode considerarse un "sumidoiro" de metano atmosférico. Os máis importantes destes procesos ocorren cando o metano se destrúe quimicamente na atmosfera ou nos solos. miniatura|Diagrama que mostra os efectos relativos de varios sumidoiros atmosféricos de metano.

A *reacción co radical hidroxilo* é o maior mecanismo de eliminación de metano da atmosfera, e implica a química dos radicais; o metano reacciona co radical hidroxilo (**·**OH) na troposfera ou estratosfera creando o radical CH**·**3 e vapor de auga. Ademais, esta reacción é unha das fontes máis importantes de vapor de auga na atmosfera superior.

 CH4&nbsp;+ **·**OH → **·**CH3&nbsp;+ H2O 

Esta reacción na troposfera fai que o metano teña unha vida media de 9,6 anos. Hai outros dous sumidoiros menores, que son os sumidoiros do solo (onde o metano ten unha vida media de 160 anos) e a perda estratosférica por reacción co **·**OH, **·**Cl e **·**O1D (vida media de 120 anos).

As bacterias *metanotróficas dos solos* utilizan o metano como a súa fonte de carbono e de enerxía mediante a oxidación do metano. Na oxidación do metano este reacciona co oxíxeno e como resultado prodúcese dióxido de carbono e auga.

CH4 + 2O2→ CO2 + 2H2O

### Sumidoiros naturais de metano atmosférico 
Os principais sumidoiros naturais son as reaccións químicas na atmosfera e a oxidación do metano feita polas bacterias do solo.

#### Metanótrofos do solo 
O solo actúa como un importante sumidoiro para o metano atmosférico debido á actividade das bacterias metanotróficas que moran nel. Este labor realízano dous tipos de bacterias: de *alta capacidade-baixa afinidade* e de *baixa capacidade-alta afinidade*. As bacterias metanotróficas de “alta capacidade-baixa afinidade” crecen en áreas onde hai altas concentracións de metano, como en solos asolagados de zonas húmidas e outros ambientes húmidos. Nas áreas con baixas concentracións de metano, viven as bacterias metanotróficas de “baixa capacidade-alta afinidade” que utilizan o metano atmosférico para crecer, en vez de depender do metano presente na súa contorna inmediata.

CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl

## Patróns de cambio do metano co tempo 
Desde 1800, as concentracións de metano atmosféricas incrementáronse anualmente nun 0,9%. Aínda que os científicos polo momento non determinaron a razón exacta desta súbita caída na súa velocidade de crecemento, crese que esta redución débese ás emisións máis reducidas en industrias como a extracción de combustibles fósiles e á seca padecida en áreas húmidas.

As únicas excepcións a esta diminución ocorreron entre 1991 e 1998 cando as taxas de aumento se incrementaron repentinamente a 14-15&nbsp;nmol/mol por ano, case o dobre que as dos anos anteriores.

Os datos de 2007 indican que as concentracións de metano están empezando a aumentar outra vez. Isto foi confirmado en 2010 nun estudo que mostrou o aumento dos niveis de metano que se produciu durante tres anos entre 2007 e 2009. Despois dunha década de crecemento case cero nos niveis de metano, "o metano atmosférico promediado globalmente incrementouse en [aproximadamente] 7 nmol/mol por ano durante 2007 e 2008. Durante a primeira metade de 2009, o CH4 atmosférico promediado globalmente foi [aproximadamente] 7 nmol/mol meirande do que era en 2008, o que indica que o incremento continuará en 2009."

As emisións de metano varían moito dependendo da xeografía local. Tanto para as fontes naturais coma para as antropoxénicas, as temperaturas máis altas e os niveis de auga maiores favorecen a creación dos ambientes anaeróbicos que son necesarios para a produción de metano.

### Ciclos naturais do metano 
As emisións de metano á atmosfera están directamente relacionadas coa temperatura e a humidade. Así, os cambios ambientais naturais que ocorren durante o paso das estacións actúan como un importante control da emisión de metano. Adicionalmente, mesmo os cambios de temperatura durante o día poden afectar á cantidade de metano que se produce e consome. Por exemplo, as plantas que producen metano poden emitir ata catro veces máis metano durante o día que durante a noite. O gas obtido deses campos extráese e expórtase a Europa central e occidental polos gasodutos do sistema de gasodutos Trans-Siberiano. Prodúcense perdas de metano durante o seu transporte no sistema de gasodutos, por fugas e roturas. En 2001, as emisións de gas natural en gasodutos foi do 1% do gas natural producido.:

Cremos que a preponderancia das evidencias indica que o gas de lousa ten unha pegada como gas invernadoiro máis grande que o gas convencional, considerado a calquera escala de tempo. A pegada de gas de efecto invernadoiro do gas de lousa tamén supera ao do petróleo ou carbón cando se considera a unha escala de tempo de décadas, [&hellip;]

Un recente estudo de  Miller *et al.* atopou que as emisións antropoxénicas de metano están subestimadas e sinala:

Atopamos que as emisións de gas procedentes da agricultura e a extracción de combustibles fósiles e o seu procesamento (é dicir, petróleo e/ou gas natural) son probablemente maiores nun factor de dous ou máis que as citadas nos estudos existentes.

## Impactos 
O efecto forzante de gas invernadoiro radiativo directo do metano estimouse en 0,5 W/m2.

Ademais do efecto de quentamento directo e das retrolimentacións normais, o metano descomponse en dióxido de carbono e auga. Este vapor de auga está xeralmente por riba da tropopausa, a onde normalmente chega pouco vapor de auga. Ramanathan (1988) sinalou que tanto as nubes de xeo coma a auga, cando se forman ás frías temperaturas da estratosfera, son extremadamente eficientes en potenciar o efecto invernadoiro atmosférico. Sinalou tamén que hai unha clara posibilidade de que grandes aumentos de metano futuros poidan orixinar un quentamento superficial que se incremente de forma non lineal coa concentración de metano.

## Técnicas de xestión do metano 
Nun esforzo para mitigar o cambio climático, desenvolvéronse diversas técnicas e mesmo medicinas para animais.

Por exemplo, para contrarrestar as enormes cantidades de metano que expulsan os ruminantes como resultado da súa dixestión, desenvolveuse un fármaco chamado monensina (comercializada como rumensin™). Este fármaco clasifícase como un ionóforo, e é un antibiótico que producen na natureza cepas de bacterias inofensivas. Este fármaco non só mellora a eficiencia da alimentación do animal, senón que tamén reduce a cantidade de gas metano emitida polo animal e polo seu esterco.

Tamén se desenvolveron técnicas específicas para a xestión do esterco do gando, que reducen as emisións de metano, e esforzos de información e concienciación dos pequenos granxeiros e propietarios. Estas técnicas inclúen a recollida e almacenamento diario do esterco en instalacións de almacenamento completamente pechadas, que preveñen a vertedura en corpos de auga. O esterco pode despois manterse almacenado ata que se reutiliza como fertilizante ou se transporta e almacena nunha instalación externa para formar compost para a agricultura e xardinaría.

Para minimizar os efectos que reducen da oxidación do metano no solo, tomáronse varias medidas. Controlar o uso dos fertilizantes que melloran o contido de compostos nitroxenados no solo e reducir a cantidade de polución por compostos nitroxenados no aire poden diminuír a inhibición da oxidación do metano, que é un dos maiores sumidoiros do metano atmosférico. Ademais, utilizar condicións de crecemento para o cultivo do arroz máis secas e seleccionar cepas de plantas que produzan máis alimento por unidade de área, pode reducir a cantidade de terra ocupada con condicións ideais para a metanoxénese. A coidadosa selección de áreas para a conversión de terras (por exemplo, arar zonas de bosques para crear novos campos agrícolas) pode reducir a destrución das principais áreas onde se produce a oxidación de metano (un sumidoiro).

Nalgúns países tomáronse iniciativas lexislativas para contrarrestar especificamente as emisións de metano procedentes dos vertedoiros de lixo e das industrias. Por exemplo, en 1996, a Axencia de Protección Ambiental (EPA) dos Estados Unidos aprobou a “Norma de vertedoiros” da Lei de Aire Limpo (*Clean Air Act*), que afecta aos vertedoiros, e elaborou o programa STAR do Gas Natural para as industrias do gas natural,

## Notas 
## Véxase tamén 
### Outros artigos 
* Cambio climático
* Quecemento global
* Efecto invernadoiro
* Clatrato de metano

### Ligazóns externas 
* Liberación do metano da tundra e océanos
* Methane hydrate stability and anthropogenic climate change Biogeosciences Discuss., 4, 993-1057, 2007
* Methane: A Scientific Journey from Obscurity to Climate Super-Stardom Good Sept. informe do Goddard Institute for Space Studies (GISS) da NASA.