دانشمندان ناسا سعی دارند تا منابع اصلی انتشار گازهای متان و نقش آنها در تغییرات اقلیمی را بهتر بشناسند. متان علاوه بر منابع انسانی، در محیط‌های طبیعی نیز تولید می‌شود. بزرگترین منبع طبیعی متان، تالاب‌ها هستند که مسئولیت ۳۰ درصد از انتشار متان جهان را بر عهده دارند. سایر منابع طبیعی انتشار متان، اقیانوس‌ها، موریانه‌ها، یخبندان دائمی، پوشش گیاهی و آتش سوزی را در بر دارند.

تراکم متان در جو از زمان انقلاب صنعتی به دلیل استفاده زیاد از نفت، گاز و ذغال سنگ، افزایش تقاضا برای گوشت گاو و لبنیات و افزایش تولید مواد غذایی و زباله‌های آلی، بیش از دو برابر شده است. اگرچه افزایش تراکم متان جو در اواخر قرن بیستم به طور قابل ملاحظه‌ای کند شد اما از سال ۲۰۰۶ به بعد به صورت قابل توجهی رو به افزایش گذاشته که احتمالا در نتیجه افزایش انتشار گازهای گلخانه‌ای به واسطه پرورش دام، اتکای مجدد به گاز طبیعی و در سال‌های اخیر تالاب‌ها و گرمای جهانی پیش آمده است.

اثر گلخانه‌ای و متان

گازهای گلخانه‌ای از جمله متان، در واکنش‌های شیمیایی و بازخورد اقلیمی نقش دارند. مولکول‌های گاز گلخانه‌ای، انرژی خورشیدی را به واسطه عمل کردن مانند یک پوشش حرارتی، به دام می‌اندازند. انرژی خورشید توسط سطح زمین جذب می‌شود؛ اگرچه بخشی از این انرژی در جو منعکس می‌شود. انرژی جذب‌شده نیز در طول موج‌های مادون قرمز دوباره ساطع می‌شود. بخشی از انرژی منعکس‌شده و ساطع‌ شده دوباره وارد فضا می‌شود اما بقیه انرژی توسط گازهای گلخانه‌ای در جو محبوس می‌شوند. گرمای جذب شده با گذشت زمان، آب و هوا را گرم می‌کند و دمای جهانی را افزایش می‌دهد.

افزایش دمای ناشی از فعالیت انسان می‌تواند بر متان منتشر شده از منابع طبیعی تاثیر بگذارد. به عنوان نمونه، خاک منجمد می‌تواند به طور طبیعی ذوب شود و متان را در جو منتشر کند اما انسان با فعالیت‌های خود، سرعت ذوب شدن خاک منجمد را افزایش داده است.

متان بعد از دی‌اکسید کربن، دومین عامل بزرگ در بروز گرمای جهانی است. اگرچه دی‌اکسید کربن بیشتر از متان در جو وجود دارد اما یک مولکول متان نسبت به یک مولکول دی‌اکسید کربن، گرما را به صورت موثرتری به دام می‌اندازد.

با وجود این، طول عمر یک مولکول متان نسبت به یک مولکول دی‌اکسید کربن، کوتاه‌تر است زیرا فرآیندهای شیمیایی طبیعی، متان را سریع‌تر از دی‌اکسید کربن از جو خارج می‌کنند. این بدان معناست که اگر انتشار متان کاهش یابد و مواد شیمیایی طبیعی متان حفظ شوند، شاید متان جو فقط طی ۱۰ سال کاهش چشمگیری پیدا کند. کاهش میزان متان جو می‌تواند اثر قابل توجه و تقریبا فوری در کاهش اثرات کوتاه‌مدت تغییرات اقلیمی داشته باشد و ممکن است به نگه داشتن دمای جهانی زیر دو درجه سلسیوس کمک کند.

چرا گاوها متان تولید می‌کنند؟

گاوها از جمله گاوهای شیری یا گاوهای گوشتی، متان را به عنوان محصول جانبی هضم غذا تولید می‌کنند. گاوها حیواناتی نشخوارکننده هستند؛ به این معنی که سیستم های گوارشی ویژه‌ای دارند که به آنها امکان می‌دهد غذاهایی مانند علف تازه را که توسط انسان و سایر حیوانات قابل هضم نیستند، هضم کنند. هنگامی که غذا وارد معده گاو می‌شود، فرآیندی را تحت عنوان "تخمیر روده‌ای"(Enteric fermentation) طی می کند. میکروب‌ها و باکتری‌ها طی این فرآیند، ذرات غذا را تا اندازه‌ای تجزیه می‌کنند و سپس ذرات تجزیه شده در قسمتی از معده موسوم به "شکمبه"(Rumen) تخمیر می‌شوند. با تخمیر ذرات غذا، متان تولید می‌شود. هر بار که گاو آروغ می‌زند، متان دفع می‌شود و به جو راه می‌یابد تا در آنجا مانند گاز گلخانه‌ای عمل کند.

تمرکز ناسا بر متان

اگرچه تراکم متان به خوبی کشف می‌شود اما میزان انتشار باید براساس عوامل گوناگون استنباط شود. دانشمندان ناسا از روش‌های گوناگونی برای ردیابی انتشار گاز متان استفاده می‌کنند. آنها برای به دست آوردن دقیق‌ترین برآوردهای ممکن، از موجودی انتشار گازهای گلخانه‌ای در کشورهای جهان استفاده می‌کنند، انتشار متان تالاب را شبیه‌سازی می‌کنند و با استفاده از مدل‌های جوی، به ترکیب آن با داده‌های زمینی، هوایی و ماهواره‌ای می‌پردازند.

پژوهشگران در کالیفرنیا و سایرمناطق، هواپیماهای مجهز به نسل جدید ابزار موسوم به "AVIRIS" ناسا را که "AVIRIS-NG" نام دارد، به پرواز درمی‌آورند و داده‌های بررسی شده را جمع‌آوری می‌کنند. این داده‌ها در پروژه موسوم به "بررسی متان کالیفرنیا"(California Methane Survey) به کار می‌رود؛ پروژه‌ای که بودجه آن به صورت مشترک توسط ناسا، "هیئت منابع هوایی کالیفرنیا"(CARB) و "کمیسیون انرژی کالیفرنیا"(California Energy Commission) تامین شده است و برای شناسایی سریع و گزارش نشت متان مورد استفاده قرار می‌گیرد.

پژوهشگران ناسا در آلاسکا و شمال غربی کانادا، از ماهواره‌ها، هواپیماها و بررسی‌های میدانی برای درک بهتر انتشار متان ناشی از ذوب شدن خاک منجمد، به عنوان بخشی از پروژه موسوم به "ABoVE" استفاده می‌کنند. پژوهشگران دریافته‌اند که خاک منجمد غنی از کربن به طور فزاینده‌ای در حال ذوب شدن است که احتمالا از تغییرات اقلیمی حاصل از فعالیت انسان ناشی می‌شود و شمالگان را به یک منبع مهم احتمالی برای انتشار متان تبدیل کرده است. برآوردهای علمی نشان می‌دهند که خاک‌های این منطقه، پنج برابر کربن ذخیره شده از فعالیت‌های انسانی در ۲۰۰ سال گذشته را ذخیره می‌کند.

پژوهشگران ناسا، داده‌های پروژه‌هایی مانند ABoVE و بررسی متان کالیفرنیا را با دانش خود در مورد نحوه عملکرد متان در جو ترکیب کردند تا مدل‌های رایانه‌ای متان را ابداع کنند. این مدل‌ها می‌توانند به دانشمندان و سیاست‌گذاران در درک الگوهای گذشته، کنونی و آینده متان کمک کنند.

راه‌هایی برای کاهش انتشار متان

پژوهشگران در زمینه‌های گوناگون به دنبال راه‌حل‌های احتمالی برای کاهش انتشار جهانی متان بوده‌اند. به عنوان نمونه می‌توان به سیستم‌های بیوگاز اشاره کرد که می‌توانند با تبدیل ضایعات دام، محصولات کشاورزی، آب و غذا به انرژی، انتشار متان را کاهش دهند. بیوگاز به واسطه همان فرآیند طبیعی تولید می‌شود که در محل دفن زباله برای تجزیه زباله‌های آلی رخ می‌دهد. با وجود این، سیستم‌های بیوگاز، گازی را که تولید می‌شود، مهار می‌کنند و آن را به عنوان منبع انرژی پاک، تجدیدپذیر و قابل اعتماد به کار می‌برند؛ نه اینکه اجازه دهند به عنوان گاز گلخانه‌ای به جو منتقل شود.

پژوهشی که به سرپرستی پروفسور "ارمیاس کبریاب"(Ermias Kebreab)، پژوهشگر "دانشگاه کالیفرنیا، دیویس"(UC Davis) انجام شده است، نشان می‌دهد که شاید استفاده از چند اونس جلبک دریایی در رژیم غذایی گاو بتواند انتشار متان را تا ۸۲ درصد کاهش دهد.

این گونه نوآوری‌ها در حوزه فناوری و بیولوژیک ممکن است گزینه‌های بیشتری را برای مدیریت متان در آینده در اختیار تصمیم‌گیرندگان، دامداران و سایرین قرار دهد.