Methaan en toendra

the Arctic!
De arctische gebieden zijn in gevaar door de sterke klimaatverandering die er zal plaats vinden. Hier liggen
misschien wel de laatste wildernissen van onze planeet. Ze zijn ook van het grootste belang voor de
stabiliteit van het klimaat.
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/02/130211162116.htm
Permafrost gebieden worden een bron van het broeikasgas methaan als de oppervlakte ontdooit
door temperatuurstijging.
Een bron van methaan zijn de meren in Arctische gebieden.
Uit deze meren borrelt (o.a.) fossiel methaan omhoog afkomstig uit diepe permafrost lagen van vele
duizenden jaren oud waardoor de opwarming van de aarde versneld kan worden. Bovendien
onstaat methaan (= moerasgas ) ook door het bacterieel rotten van planten en plantenresten die
worden ontdooit
http://www.kennislink.nl/publicaties/methaan-uit-permafrost-en-meren
Bellen in de toendra
Langzaam zakt een blok grond van de oever in het meer. De dwergberken en de witte pluimen van het
wollgras verdwijnen onder water. Bellen stijgen op. In de oever is het ijs in de bodem te zien: glimmend,
nat. Nog even en het volgende blok zakt het meer in. Het meer wordt ieder jaar groter en slokt steeds meer
toendra op...
Deze meren zijn een signaal: het gevolg van de sterke klimaatveranderingen die zich in het hoge noorden
voordoen ten gevolge van het broeikaseffect. De bewoners van de toendra, rendierhouders en hun kuddes,
zullen hun leefwijze hieraan aan te moeten passen. Maar dat is niet het enige. De opwarming van de tundra
kan het broeikaseffect versterken door versterkte vorming van het broeikasgas methaan.
Inhoud.
Methaan
Versterking van het broeikaseffect door methaan
Dooi op de tundra: meer methaan
Onderzoek in Siberie
Methaan in het verleden
En in de toekomst?
Save the arctic
Methaan.
Kékulé structuur-formule
/methaan atoom-modellen
Methaan:
bekend van de gaskraan en scheikundeles, chemische formule CH4. Aardgas en moerasgas bestaan voor het
grootste deel uit methaan. Methaan is een 'broeikasgas', het draagt net als koolzuurgas (CO 2) bij aan de
opwarming van de aarde. Methaan is ruwweg 23 x zo effectief als koolzuurgas, het meest bekende
broeikasgas.
Net als CO2 neemt het de laatste eeuw sterk toe in de atmosfeer, deels door menselijk toedoen. Gaslekken en
de landbouw zijn belangrijke methaanbronnen. Veel methaan komt uit rijstvelden, dat zijn eigenlijk
kunstmatige moerassen. Van nature ontstaat moerasgas doordat bacterien organische stof bijvoorbeeld resten van dode planten - verteren. Dat gebeurt alleen onder strikt zuurstofloze
omstandigheden, zoals die in een met water verzadigde moerasbodem heersen. Meer over de vorming van
methaan in moerassen vind je hier.
Belangrijke moerasgebieden zijn te vinden in het hoge noorden van Europa, Siberie en Amerika. In deze
gebieden is de bodem permanent bevroren: op enige diepte bevindt zich ijs in de bodem. Dit
heet permafrost. Allen de bovenste decimeters van de bodem ontdooien iedere zomer. Omdat het water niet
weg kan zakken door het ijs in de bodem ,wordt het vooral in vlakke gebieden nat, met veel moeras.
Vooral in het Noorden van Rusland, Siberie, Canada en Alaska strekken zich gigantische moerasgebieden uit
die geheel of gedeeltelijk op een permafrost-bodem liggen. Deze moerasgebieden produceren ook grote
hoeveelheden moerasgas of methaan.
Versterking van het broeikaseffect door methaan.
Vorming van moerasgas is sterk gevoelig voor warmte: methaan bacterien produceren meer methaan bij
een lekker temperatuurtje. Dat betekent dat de opwarming van de aarde door het broeikaseffect zou kunnen
leiden tot meer methaan, dus meer meer broeikaseffect, nog hogere temperaturen, nog meer methaan.....
enzovoort. Een zichzelf versterkende, positieve terugkoppeling in het broekaseffect.
De opwarming van het klimaat doet zich het sterkst voelen in het hoge noorden, juist in het gebied waar
grote moerasgebieden liggen. Volgens recente studies warmen de arctische gebieden tweemaal zo snel op
als de rest van de wereld. Het klimaat kan er 8 tot 10 graden warmer worden. Hier doet zich die positieve
terugkoppeling zich in versterkte mate voor. De opwarming is al ruimschoots aan de gang
zoals temperatuurwaarnemingen laten zien.
Dooi op de tundra: meer methaan.
Er zijn in de noordelijke permafrost moerassen twee belangrijke bronnen van methaan.
De eerste is de methaan bron van alle moerassen: omzetting van dode plantenresten in de
moerasbodem. Door fotosynthese wordt plantenmateriaal geproduceerd. Een deel daarvan komt via de
plantenwortels en hun uitscheidingsproducten in de natte, met water verzadigde moerasbodem terecht. Dit
plantenmateriaal wordt weer afgebroken door de methaan bacterien. Ruwweg 1 tot 2 procent van de
plantaardige productie in moerassen wordt omgezet in methaan. Deze methaanbron is op verschillende
manieren gevoelig voor temperatuur:
o De methaanbacterien gaan de warmte sneller produceren;
o De permafrost dooit, daardoor wordt de bodemlaag waarin methaan geproduceerd kan
worden ook dikker;
o De planten gaan door het langere groeiseizoen meer organisch afval produceren
De tweede bron is methaan, dat in het permafrost ijs opgesloten zit. Dat methaan is vaak aanwezig in de
vorm van methaan hydraat, of clathraat, een ijsachtige substantie
methaan hydraat kristal
In clathraat zijn de methaanmoleculen opgesloten in een soort kooi van watermoleculen. Clathraat ontstaat
bij lage temperatuur en hoge druk. Bij opwarming of drukverlaging wordt het instabiel en komt het methaan
vrij. Clathraat komt zowel in permafrost ijs als in diepzee afzettingen voor.
Als het klimaat opwarmt, gaat het permafrost ijs ontdooien en komt dit methaan ook in de atmosfeer
terecht. Bovendien zit er in permafrost ijs ook veel organische stof dat weer door de methaan bacterien
omgezet wordt in methaan. Bij het ontdooien van permafrost ontstaan meren inde tundra: dooimeren
of thermokarst meren. Russische onderzoekers hebben aangetoond dat er in dergelijke meren veel methaan
vrij kan komen uit de opdooiende permafrost.
Onderzoek in Siberie
De Vrije Universiteit(VUA), en de Wageningen Universiteit doen samen met Russiche onderzoekers van de
Russiche Akademie voor Wetenschappen onderzoek naar de broeikasgassen uit de tundra. De tundra kan
onder normale omstandigeheden zowel broeikasgassen uitstoten of opnemen. Koolzuurgas wordt vastgelegd
door planten en veen in de tundrabodem, methaan kan eruit vrijkomen.
Hier zijn meetopstellingen te zien in de Oost-Siberische tundra bij de Indigyrka rivier.
Deze meetopstellingen worden gebruikt voor het meten van de fluxen van koolzuurgas en methaan uit de
toendra bodem en staan in een reservaat van het Wereld Natuur Fonds, het Kytalyk reservaat
Methaan in het verleden
Dat er bij klimaatopwarming inderdaad veel meer methaan geproduceerd wordt door moerassen, kun je zien
door naar het verleden te kijken: de ijstijden.. Tijdens de laatste ijstijd vond soms snelle opwarming van het
klimaat plaats., waarna het weer geleidelijk afkoelde. Dergelijke opwarming-afkoelingsfasen worden naar de
ontdekkers Dansgaard-Oescher cycli genoemd.
Tijdens de opwarmingsfasen nam het methaan gehalte in de atmosfeer ook snel toe. Dit is gebleken door
het gehalte aan methaan in luchtbelletjes uit boorkernen in de ijskappen van Groenland en Antarctica te
meten. Bij iedere opwarmingsfase wordt ook een methaan piek gevonden. De oorzaak is niet precies
bekend, maar er wordt gedacht aan de toendra gebieden op het Noordelijk halfrond.
Vooral in het middendeel van de laatste ijstijd moeten er uitgestrekte natte gebieden zijn geweest, die zich
uitstrekten van de rand van de ijskappen tot veel verder zuidelijk dan nu. Ook in Nederland vinden we veel
afzettingen die op de aanwezigheid van een moerassige toendra wijzen. Dit zijn afzettingen van een toendra
rivier met een moerassige riviervlakte, in een bouwput bij Hengelo(Ov).
Resultaten van computermodellen wijzen uit dat die toendra
gebieden inderdaad in staat moeten zijn geweest om voldoende methaan te produceren. Hier een
modelsimulatie van de methaan productie van toendra gebieden in Nederland tijdens de ijstijd. Deze
simulatie is gebaseerd op een klimaatmodel en een model voor koolzuurgas en methaanproductie van
moeras bodems, PEATLAND.
En in de toekomst?
Uit de ijskernen blijkt, dat de hoeveelheid methaan die door opwarming in de atmosfeer terecht kwam
beperkt bleef. De positieve terugkoppeling opwarming - methaan toename - verdere opwarming werd dus op
een gegeven moment gestopt.
Maar het is niet gezegd dat dat nu ook weer gebeurt. De omstandigheden zijn anders. Het koolzuurgas
gehalte in de atmosfeer is twee keer zo hoog als het ooit geweest is in de ijstijden, en we staan voor een
snelle en vergaande opwarming van het klimaat.
Bovendien is er een alternatieve theorie die de methaanpieken in de opwarmingsfasen in de ijstijd kan
verklaren. Op de zeebodem in de diepzee bevinden zich grote hoeveelheden methaan-ijs (methaan
hydraten of clathraten). Al door geringe opwarming van het zeewater kan dat methaan-ijs in gasvorm
overgaan en de atmosfeer bereiken.
Er zijn aanwijzingen dat dit proces zich eerder heeft voorgedaan, zowel tijdens de ijstijden als daarvoor. 55
miljoen jaar geleden heeft zich een sterke opwarming van de aarde voorgedaan (het Late Paleocene
Thermal Maximum), dat aan het massal vrijkomen van methaan uit clathraat op de zeebodem wordt
geweten. Als dit nu ook gebeurt, kan een flinke versterking van het broeikaseffect het resultaat zijn.