クレジット:NASA/Jesse Kirsch/Tracy Schohr 提供
今日、人間の発生源は、主に化石燃料の燃焼、埋め立て地での分解、および農業部門に由来する世界のメタン排出量の 60% を占めています。メタン排出量のほぼ 4 分の 1 は農業に起因する可能性があり、その多くは家畜の飼育によるものです。人間が消費するために生産された食料のほぼ 3 分の 1 が失われるか廃棄されるため、稲作と食品廃棄物も農業用メタンの重要な発生源です。
NASA では、科学者が世界のメタン収支を研究して、メタン排出の主な発生源と、それらが気候変動にどのように寄与しているかをよりよく理解しています。人間の発生源に加えて、メタンは自然環境でも生成されます。メタンの最大の自然発生源は湿地であり、世界のメタン排出量の 30% を占めています。メタン排出のその他の自然発生源には、海、シロアリ、永久凍土、植生、山火事などがあります。
石油、ガス、石炭の集中的な使用、牛肉や乳製品の需要の増加、食品や有機廃棄物の生産量の増加により、大気中のメタン濃度は産業革命以来 2 倍以上になりました。大気中のメタン濃度の増加は 20 世紀の終わり近くにかなり鈍化しましたが、2006 年以降、濃度は大幅に増加しています。おそらく、家畜の飼育による排出量の増加、天然ガスへの新たな依存、そして近年の湿地と地球規模の
NASA の新しいメタンの 3 次元画像は、メタンが大気中を移動する際に、温室効果ガスの温暖化に世界で 2 番目に大きく寄与していることを示しています。排出目録と湿地のシミュレーションからの複数のデータ セットを高解像度のコンピューター モデルに組み合わせることで、研究者は、この複雑なガスと、地球の炭素循環、大気組成、および気候システムにおけるその役割を理解するための追加のツールを手に入れました。新しいデータ ビジュアライゼーションは、地上のメタン発生源の多様性と、大気中を移動するガスの挙動の全体像を構築します。クレジット:NASA/Scientific Visualization Studio
温室効果とメタン
メタンを含む温室効果ガスは、化学反応と気候フィードバックに寄与します。温室効果ガス分子は、熱ブランケットのように作用して太陽エネルギーを閉じ込めます。太陽からのエネルギーは地表に吸収されますが、このエネルギーの一部は大気に反射されます。吸収されたエネルギーは、赤外線波長でも再放出されます。反射して再放出されたエネルギーの一部は宇宙に再突入しますが、残りは温室効果ガスによって大気中に閉じ込められます。時間が経つにつれて、取り込まれた熱が私たちの気候を温め、地球の気温を上昇させます。
私たちの大気中の温室効果ガスは、太陽からの熱を閉じ込める毛布のような役割を果たします。これにより、温室効果ガスの量が増加するにつれて、地球の気温が上昇します。クレジット:NASA/Jesse Kirsch
人間による気温上昇は、自然発生源から放出されるメタンに影響を与える可能性があります。たとえば、永久凍土は自然に解けてメタンを大気中に放出することができますが、人間が原因の温暖化により永久凍土の解ける速度が速くなっています。
メタンは、二酸化炭素に次いで世界で 2 番目に大きな地球温暖化の原因です。大気中の二酸化炭素はメタンよりも豊富ですが、メタンの単一分子は、二酸化炭素の単一分子よりも効果的に熱を閉じ込めます。
しかし、メタン分子の寿命は、二酸化炭素よりもメタンを大気から追い出す自然の化学プロセスが速いため、二酸化炭素分子よりも短くなります。これは、メタンの排出量が減少し、メタンの自然な化学的浄化が維持された場合、大気中のメタンがわずか 10 年で劇的に減少する可能性があることを意味します。大気中に放出されるメタンの量を減らすことは、気候変動の短期的な影響を軽減する上で、ほぼ即座に重大な影響を与える可能性があり、地球の温度変化を摂氏 2 度未満に抑えることに貢献する可能性があります。
牛がメタンを生成する理由
乳牛や肉牛などの牛は、消化の副産物としてメタンを生成します。牛は反芻動物です。つまり、新鮮な草や未調理の穀物など、人間や他のほとんどの動物が消化できない食物を処理できる特殊な消化器系を持っています。食物がウシの胃に入ると、腸内発酵と呼ばれるプロセスが行われます :微生物やバクテリアが食物粒子を部分的に分解し、ルーメンと呼ばれる胃の部分で発酵します.食物粒子が発酵すると、メタンが生成されます。牛がげっぷをするたびに (そして、より少ない程度ではあるが鼓腸することもある)、メタンが放出されて大気中に入り、そこで温室効果ガスとして作用します。
メタンの素早い事実:メタンは、産業革命以降の地球温暖化の 20% の原因となっています。 2018 年、フード システムは人為的な GHG 排出量全体の 33% を占めました。 2015 年には、家畜が米国のメタン排出量の 10% を占めていました。メタンは、1 世紀にわたって CO2 の約 30 倍強力です。ヨーロッパと北極は、2000 年から 2018 年にかけてメタン排出量が減少した唯一の 2 つの地域です。大気中のメタン濃度は、過去 200 年間で 2 倍以上になりました。クレジット:NASA/Jesse Kirsch
メタンに対する NASA の目
メタン濃度は十分に観察されていますが、排出量はさまざまな要因に基づいて推測する必要があります。 NASA の科学者は、メタン排出量を追跡するためにさまざまな方法を使用しています。可能な限り正確な見積もりを得るために、彼らは世界中の国々からの排出目録を使用し、湿地のメタン排出量をシミュレートし、大気モデルを使用して、これを地上、航空機、および衛星データと組み合わせます。
カリフォルニア州 (およびその他の地域) では、研究者が NASA の空中可視赤外線画像分光計 - 次世代 (AVIRIS-NG) を搭載した航空機を飛行させ、高度に校正されたデータを収集しています。このデータは、NASA、カリフォルニア州大気資源委員会、カリフォルニア州エネルギー委員会が共同で資金を提供するプロジェクトであるカリフォルニア州メタン調査で使用され、メタン漏れを迅速に特定して報告します。
アラスカとカナダ北西部では、NASA の研究者が人工衛星、航空機、野外調査を使用して、北極圏と脆弱性実験 (ABoVE) の一環として、永久凍土の融解によるメタン排出量をよりよく理解しています。研究者は、おそらく人間が引き起こした気候変動の結果として、炭素が豊富な永久凍土がますます急速に融解していることを発見し、北極をメタン排出の重要な潜在的発生源にしています。科学的な推定によると、この地域の土壌には、過去 200 年間に人間のすべての活動によって放出された量の 5 倍の炭素が蓄えられています。
NASA の研究者は、ABoVE やカリフォルニア メタン調査などのミッションからのデータと、メタンが大気中でどのように振る舞うかについての知識を組み合わせて、メタン コンピューター モデルを作成しています。これらのモデルは、科学者や政策立案者が過去、現在、未来の大気メタン パターンを理解するのに役立ちます。
メタン排出削減への道
さまざまな分野の研究者が、世界のメタン排出量を削減するための潜在的な解決策を検討してきました。たとえば、バイオガス システムは、家畜、作物、水、食物からの廃棄物をエネルギーに変換することで、メタンの排出を削減します。バイオガスは、埋め立て地で有機廃棄物を分解するのと同じ自然プロセスによって生成されます。ただし、バイオガス システムは、生成されたガスを利用し、温室効果ガスとして大気中に放出するのではなく、クリーンで再生可能で信頼性の高いエネルギー源として使用します。
カリフォルニア大学デービス校の Ermias Kebreab 教授が率いる研究では、数オンスの海藻を肉牛の食事に導入すると、メタン排出量を 82% 以上削減できることがわかりました。
これらのタイプの技術革新と生物学的革新は、意思決定者、牧場主などに、将来のメタンを管理するためのより多くのオプションを提供する可能性があります.
