Mining and agriculture no longer contradictory after considering burning biomass

The amount of the greenhouse gas methane in the atmosphere is once again increasing rapidly, after a period of stagnation up to 2007. The cause of this recent increase is the subject of heated scientific debate. Scenarios in which the increase was due to either fossil energy mining or agriculture seemed to exclude one another as the likely cause. A new study by Dutch and American climate scientists has now brought an end to this controversy.

The results of this study by researchers from Utrecht University, SRON Netherlands Institute for Space Research and the VU Amsterdam, together with their American partners, will be published this week in the journal Nature Communications.

Sudhanshu Pandey (SRON/UU), postdoc researcher in the research group led by Prof. Thomas Röckmann, used a computer model to study the contributions that various sources have made to the amount of methane in the atmosphere and found the explanation for the contradiction.

The increase of methane in the atmosphere is accurately registered by a global network of measurement stations. Unfortunately, it is difficult to determine exactly which sources are responsible for the increase based on their measurements. Additional information is provided by other measurements, such as the composition of the methane isotopes, or changes in other atmospheric gases, such as carbon monoxide or ethane. These measurements served as the basis for Pandey’s analysis.

Contradictory scenarios solved

The observed changes in the methane isotopes indicates that agricultural activities, such as livestock and rice farming, are responsible for the increase, and rules out the use of fossil fuels as a source of the additional methane. However, measurements of ethane in the atmosphere suggest that the increase in methane is primarily due to mining-related sources. The increased use of shale gas in the United States, which releases both ethane and methane into the atmosphere, could be responsible. The researchers found a solution to these contradictory findings in the conclusion that there have also been changes in the emission of methane from forest and savannah fires.

Burning biomass is not a major source of methane in general, but it does have a significant influence on the composition of the isotopes in the atmosphere. Recent estimates of global emissions from forest fires and savannah fires show a decreasing trend over the past few years. This trend can be explained by the conversion of African savannah into agricultural land, which is burned off less frequently, along with measures to prevent the deforestation of the Brazilian rain forest.

By including the reduction in methane emissions due to burning biomass in the calculations, the researchers were able to determine that an increase in emissions from fossil fuels is no longer in conflict with the isotope observations. This conclusion solves the controversy about the issue in the scientific community.

“After our American colleagues detected a trend in the burning of biomass, we were able to determine the effect it had on the amount of methane in the atmosphere”, say Röckmann and Pandey. “In a computer model, we calculated various scenarios by changing the contributions made by the different sources of methane. We then selected the scenarios in which the isotope composition corresponds to actual observations.”

Focused control

The study is an important step forward in coming to a better understanding of the influence that humans have on the global methane cycle, which is necessary in order to focus efforts to control human-generated greenhouse gas emissions. Future research will be geared towards quantifying these emissions further, and reducing them where possible.

Publication

Reduced biomass burning emissions reconcile conflicting estimates of the post-2006 atmospheric methane budget
John R. Worden, A. Anthony Bloom, Sudhanshu Pandey, Zhe Jiang, Helen Worden, Thomas Walker, Sander Houweling, and Thomas Röckmann
Nature Communications, 20 December 2017

Also read NASA JPL’s article NASA-led Study Solves a Methane Puzzle

Doorbraak in discussie over recente toename methaan in atmosfeer

Mijnbouw en landbouw sluiten elkaar niet langer uit, na meewegen biomassaverbranding

De hoeveelheid van het broeikasgas methaan in de atmosfeer neemt, na een periode van stagnatie tot aan 2007, weer snel toe. De oorzaak van deze recente toename is onderwerp van een verhit wetenschappelijk debat. Scenario’s waarin enerzijds fossiele mijnbouw en anderzijds landbouw de toename veroorzaken, leken elkaar uit te sluiten. Een nieuwe studie van Nederlandse en Amerikaanse klimaatwetenschappers maakt een einde aan de tegenstrijdigheid. Luister ook naar de uitleg van Sander Houweling (SRON) bij Nieuws en Co.

De studie, van onderzoekers van de Universiteit Utrecht (UU), SRON Netherlands Institute for Space Research en de Vrije Universiteit samen met Amerikaanse partners, verschijnt deze week in het tijdschrift Nature Communications.

Postdoc-onderzoeker Sudhanshu Pandey (SRON/UU) uit de onderzoeksgroep van prof. Thomas Röckmann (UU) bestudeerde met een computermodel hoe verschillende methaanbronnen bijdragen aan de hoeveelheid methaan in de atmosfeer en vond de verklaring voor de tegenstrijdigheid.

De toename van methaan in de atmosfeer wordt nauwkeurig geregistreerd door een mondiaal netwerk van meetstations. Op basis van die metingen is echter moeilijk te achterhalen uit welke bronnen de waargenomen toename precies komt. Aanvullende informatie wordt verkregen uit andere metingen, bijvoorbeeld van de isotoopsamenstelling van methaan, of van veranderingen in andere gassen in de atmosfeer, zoals koolmonoxide of ethaan. Die metingen dienden als basis voor de analyse die Pandey uitvoerde.

Tegenspraak scenario’s opgelost

De waargenomen verandering in methaan-isotopen wijst op een toename in de bijdrage van landbouw, zoals veeteelt en rijstbouw, en dat sluit een toename in uitstoot door het gebruik van fossiele brandstoffen uit. Metingen van ethaan daarentegen suggereren dat de toename van methaan juist vooral is toe te schrijven aan mijnbouw-gerelateerde bronnen. Het toegenomen gebruik van schaliegas in de Verenigde Staten, waarbij naast methaan ook ethaan vrijkomt, zou hiervoor verantwoordelijk kunnen zijn.

De onderzoekers vonden de oplossing voor deze tegenstrijdige bevindingen in de conclusie dat tegelijkertijd ook de uitstoot van methaan uit bos- en savannebranden verminderd is.

Biomassaverbranding is mondiaal gezien zelf geen grote bron van methaan, maar oefent wel een grote invloed uit op de isotoopsamenstelling. Recente schattingen voor de mondiale emissie uit bos- en savannebranden laten een dalende trend zien voor de afgelopen jaren. Deze trend wordt verklaard door de omzetting van Afrikaanse savanne in landbouwgrond, wat minder vaak wordt afgebrand, en maatregelen om de ontbossing van het Braziliaanse regenwouden te beperken.

Door de verminderende methaanemissie door biomassaverbranding mee te nemen in de berekeningen, is een toename in emissies door het gebruik van fossiele brandstoffen niet langer strijdig met de isotoopwaarnemingen. De heersende controverse is daarmee opgelost.

“Nadat onze Amerikaanse collega’s de dalende trend in biomassaverbranding hadden gedetecteerd, konden wij bepalen welk effect dit had op de hoeveelheid methaan in de atmosfeer”, vertellen Röckmann en Pandey. “In een computermodel rekenden we verschillende scenario’s door, waarin de bijdragen van de verschillende methaanbronnen variëren. Uit die simulaties hebben we de scenario’s geselecteerd waarin de isotoopsamenstelling overeenkomt met de waarnemingen”, aldus de onderzoekers.

Gerichte controle

Het onderzoek betekent een belangrijke stap richting een beter begrip van de invloed van de mens op de mondiale methaankringloop. Dat is nodig voor een meer gerichte controle op de door mensen veroorzaakte broeikasgasemissies. Toekomstig onderzoek is erop gericht om deze emissies verder te kwantificeren, en waar mogelijk te reduceren.

Publicatie

Reduced biomass burning emissions reconcile conflicting estimates of the post-2006 atmospheric methane budget
John R. Worden, A. Anthony Bloom, Sudhanshu Pandey, Zhe Jiang, Helen Worden, Thomas Walker, Sander Houweling en Thomas Röckmann
Nature Communications, 20 december 2017

Lees ook het artikel van NASA JPL NASA-led Study Solves a Methane Puzzle