Kasutaja:Kkristo1/liivakast

Metaan aineringluses

Koos vee- ja lämmastikuringega on süsinikuringe kõige olulisem ringlus meie planeedil, tehes võimalikuks elu ja seega biosfääri olemasolu. Süsiniku biogeokeemiline tsükkel väljendab süsiniku ja selle ühendite liikumist ja muundumist Maa kõigis sfäärides. Globaalne süsinikubilanss iseloomustab süsinikuühendite peamiste varude ja nendevaheliste voogude tasakaalustatust. Atmosfääris esineb süsinik peale CO2 veel metaani kujul, mis mõjutab Maa kiirgusbilanssi, takistades soojuskiirguse hajumist kõrgematesse atmosfääri kihtidesse, olles kasvuhooneefekti peamisi tekitajaid koos süsihappegaasiga. Metaani kogus atmosfääris on võrreldes tööstusrevolutsioonile eelnenud ajale ligi kolmekordistunud. Teadmaks, kui palju ökosüsteemid metaani seovad ja eraldavad, kui suur kogus metaani jääb järele ning kui palju metaani atmosfääri läheb, on tähtis mõõta globaalset metaanibilanssi.

Metaani allikad ja talletumine

Metaan (CH4) tekib looduslikult orgaanilise aine lagunemisel märgalades. Inimtegevus tekitab riisi kasvatamisega, loomakasvatusega, jäätmekäitlusega, fossiilkütuste tootmise ja transpordiga ning biomassi põletamisega pea kaks korda suurema koguse metaani kui loodus.

Metaani allikad jagatakse kolme kategooriasse:

1. Biogeensed. Leidub anaeroobses keskkonnas, nagu näiteks märgaladel, mäletsejate seedetraktis ja orgaaniliste jäätmete saadustes.
2. Termogeensed. Fossiilkütused, mis on tekkinud miljonite aastate jooksul geoloogiliste protsesside tagajärjel. Satub atmosfääri söe, õli ja maagaasi kasutamisega.
3. Pürogeensed. Tekib biomassi ja mulla orgaanilise süsiniku mittetäielikul põlemisel näiteks metsatulekahjudes.

Metaani talletumine

Atmosfäärne metaan talletub troposfääris hüdroksüülradikaalide (OH) oksüdatsiooni teel, mis moodustab 90% globaalsest metaani talletumisest. Lisaks sellele talletub metaan veel metanotroofsete bakterite aereeritud mullas (4%), radikaalide reaktsioonides stratosfääris (3%) ja kloori radikaalide reaktsioonides merevee ülakihis (3%).

Märgalade roll süsinikuringes

Enamik loodusest pärinevat metaani Maa atmosfääris peetakse hapnikuvaestes keskkondades aset leidnud bioloogiliste protsesside tagajärjeks. Kuigi märgalad on ühed suurimad metaani eraldajad maailmas, siis märgalade kasulikkus väljendub süsiniku talletamisel. Märgalade ökosüsteemid võimaldavad loomulikku keskkonda süsinikdioksiidi talletamiseks ja pikaajaliseks hoiustamiseks. Märgalad pakuvad mitmeid ökoloogilisi eeliseid inimkonnale, kaasaarvatud veekvaliteedi parandamine, üleujutuste leevendamine, ranniku ja eluslooduse kaitse. Arvatakse, et 20-30% maapinna sisesest süsinikust on hoiul märgalades, kuigi märgalad moodustavad maismaa-alast vaid 5-8%. Tänu nende hapnikuvaesele keskkonnale on märgalad optimaalseteks keskkondadeks atmosfäärist pärineva süsiniku hoiustamisel.

Metaaniemissioonid

Metaani emissioonide päritolu kategooriad:

1. looduslikud märgalad
2. muud looduslikud emissioonid (geoloogilised, termiidid, mageveesüsteemid)
3. põllumajandus ja jäätmed
4. fossiilkütused
5. biomass ja biokütuste põletamine

Atmosfäärse metaani kontsentratsioon on jõudnud peaa kaks ja pool korda kõrgemale tööstusele eelnenud metaani kontsentratsioonist ehk 3,2 miljardi tonnini. Kuigi metaan püüab palju rohkem soojust kui sama süsinikdioksiidi mass, püsib see atmosfääris vaid kümmekond aastat, samas kui süsinikdioksiid soojeneb palju pikema aja jooksul. [2] 20-aastase skaala korral on metaani mass Maa soojendamisel umbes 85 korda võimsam kui süsinikdioksiid, kuid 100-aastase skaala korral on see vaid 28–34 korda võimsam, sest süsinikdioksiid jätkab maa soojendamist pärast metaani kadumist. Ülemaailmsetest metaani emissioonidest tekitab põllumajandus ligikaudu 40%, märgalad ligi 30% ja tööstussektor ligi 25%. Muud looduslikud allikad peale märgalade tekitavad emissioone ligi 10%.

Metaani emissioonid regionaalselt

Inimtekkelised emissioonid domineerivad Euroopas, Põhja-Ameerikas ja Hiinas. Peamised fossiilkütuseid tootvad riigid on Ida-Euroopa riigid ja Kesk-Aasia. Tihedalt asustatud regioonid heidavad metaani peamiselt fossiilkütustest, põllumajandusest ja jäätmekäitlusest. Suurim hulk emissioone märgaladelt pärinevad Amazoni piirkonnast, ekvatoriaaltroopilisest Aafrikast, troopilisest Aasiast (nt Bangladesh, India, Hiina, Indoneesia), Kanadast ja Euraasia taigast.

Metaanibilansi mõõtmise meetodid

Globaalse metaanibilanssi arvutamisel on oluline roll sellel, kuidas mõõdetakse. Andmeid on võimalik koguda maa pealt kui ka õhust, kui ka neid omavahel kombineerida. „Ülevalt alla“ meetodi puhul kasutatakse satelliite ja lennukeid, mõõtmaks metaani atmosfäärset taset. „Alt üles“ meetodi puhul kasutatakse maa pealt tehtud mõõdistusi ja statistikaid, nagu näiteks tarbitud kütuste kulu.

Atmosfäärse metaani eemaldamise võimalused

2019. aastal pakkusid teadlased välja meetodi metaani atmosfäärist eemaldamiseks tseoliidi abil. Iga metaanimolekul muundatakse süsihappegaasiks, millel on kliimale palju väiksem mõju (99% väiksem mõju võrreldes metaaniga). Kogu atmosfääris sisalduva metaani asendamine süsihappegaasiga vähendaks kasvuhoonegaaside üldist soojenemist umbes kuuendiku võrra. Tseoliit on poorse molekulaarstruktuuriga kristalne materjal. Võimsad ventilaatorid suudavad õhu suruda läbi tseoliidi reaktori katalüsaatorite metaani absorbeerimiseks. Seejärel saaks kuumutada reaktorit, milles moodustub ja vabaneb süsihappegaas. Kui süsinikuhind on 500 dollarit tonni kohta, teeniks ühe tonni metaani eemaldamisega 12 000 dollarit.