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Emissões de metano no Ártico

Principais fontes de emissões globais de metano (2008-2017):[1] as contribuições do Ártico fazem parte da quinta coluna chamada other natural emissions (outras emissões naturais)

As emissões de metano no Ártico contribuem para o aumento das concentrações de metano na atmosfera. Embora a região ártica seja uma das muitas fontes naturais desse gás de efeito estufa, atualmente também existe uma componente humana devido aos impactos das mudanças climáticas.[2] No Ártico, as principais fontes de metano influenciadas por atividades humanas incluem o degelo do permafrost, o derretimento do gelo marinho ártico, a desestabilização de clatratos e o derretimento da camada de gelo da Groenlândia. A liberação de metano resulta em um feedback climático positivo, ou seja, um processo que amplifica o aquecimento global, já que o metano é um gás de efeito estufa extremamente potente.[3] O degelo do permafrost, causado pelo aquecimento global, torna grandes quantidades de material orgânico disponíveis para a metanogênese, podendo ser liberadas na forma de metano.[4]

Desde aproximadamente 2018, observa-se um aumento consistente nos níveis globais de metano na atmosfera, com um incremento de 15,06 partes por bilhão (ppb) em 2020, superando o recorde anterior de 14,05 ppb estabelecido em 1991, e um aumento ainda maior de 18,34 ppb em 2021.[5] No entanto, não há evidências que conectem diretamente o Ártico a essa recente aceleração.[6] Um estudo de 2021 indicou que as contribuições de metano do Ártico foram geralmente superestimadas, enquanto as contribuições das regiões tropicais foram subestimadas.[7]

Apesar disso, é muito provável que o papel do Ártico nas tendências globais de metano aumente no futuro. Há evidências de emissões crescentes de metano desde 2004 em um local de permafrost na Sibéria, associadas ao aquecimento.[8]

A mitigação das emissões de dióxido de carbono (CO2) até 2050 (ou seja, alcançar emissões net zero) provavelmente não será suficiente para evitar o desaparecimento da cobertura de gelo do oceano Ártico no verão. A mitigação das emissões de metano também é necessária e deve ser realizada em um período ainda mais curto.[9] Essas ações de mitigação precisam ser implementadas em três setores principais: petróleo e gás, resíduos e agricultura. Com medidas disponíveis, isso poderia resultar em reduções globais de cerca de 180 milhões de toneladas por ano, equivalente a aproximadamente 45% das emissões de 2021 até 2030.[10]

Valores e processos observados

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Ver também: Emissões de gases de efeito estufa
Em Utqiaġvik, Alasca (anteriormente conhecida como Barrow), foi registrada uma concentração máxima de metano de 1.988 ppb em outubro de 2019.[11]
O permafrost descongelado resulta em termocarste, uma fonte significativa de metano liberado.

Os registros anuais da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA) para concentrações de metano na atmosfera, atualizados desde 1984, mostram um crescimento substancial durante a década de 1980, uma desaceleração no crescimento anual na década de 1990, um platô (incluindo alguns anos de declínio nas concentrações atmosféricas) no início dos anos 2000 e um aumento consistente a partir de 2007. Desde 2018, os incrementos anuais globais de metano têm sido constantes, com o aumento de 2020 (15,06 ppb) superando o recorde anterior de 1991 (14,05 ppb) e 2021 registrando um aumento ainda maior de 18,34 ppb.[5]

Devido à vida útil relativamente curta do metano atmosférico (7 a 12 anos, em comparação com centenas de anos para o CO2[12]), suas tendências globais são mais complexas que as do dióxido de carbono.

Essas tendências alarmam os cientistas climáticos, com alguns sugerindo que elas representam um feedback das mudanças climáticas, aumentando as emissões naturais de metano bem além dos níveis pré-industriais.[13] Contudo, não há evidências que conectem o Ártico a essa recente aceleração.[6] De fato, um estudo de 2021 indicou que o papel do Ártico era tipicamente superestimado na contabilidade global de metano, enquanto o papel das regiões tropicais era consistentemente subestimado.[7] O estudo sugeriu que as emissões de metano das terras úmidas tropicais eram as culpadas por trás da recente tendência de crescimento, e essa hipótese foi reforçada por um artigo de 2022 que conectava as emissões terrestres tropicais a 80% das tendências globais de metano atmosférico entre 2010 e 2019.[14]

No entanto, considera-se muito provável que o papel do Ártico nas tendências globais de metano aumente no futuro. Há evidências do aumento das emissões de metano desde 2004 de um local de permafrost na Sibéria para a atmosfera, associado ao aquecimento.[8]

A datação por radiocarbono de metano em bolhas de lagos e carbono orgânico do solo concluiu que 0,2 a 2,5 petagramas de carbono de permafrost foram liberados como metano e dióxido de carbono nos últimos 60 anos.[15] A onda de calor de 2020 pode ter liberado quantidades significativas de metano de depósitos de carbonato no permafrost siberiano.[16]

O feedback de carbono do permafrost - amplificação do aquecimento da superfície devido ao aumento do forçamento radiativo pela liberação de carbono do permafrost - pode contribuir com cerca de 205 gigatoneladas de emissões de carbono, levando a um aquecimento adicional de 0,5 °C até o final do século XXI.[17] No entanto, pesquisas recentes baseadas na composição isotópica de carbono do metano atmosférico preso em bolhas de gelo na Antártida sugerem que as emissões de metano do permafrost e hidratos de metano foram menores durante a última deglaciação, indicando que as emissões futuras de metano do permafrost podem ser inferiores ao estimado anteriormente.[18]

Comparação entre medições atmosféricas do Ártico e da Antártida

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As concentrações de metano atmosférico são 8 a 10% mais altas no Ártico do que na Antártida. Durante épocas glaciais frias, essa diferença diminui para níveis insignificantes.[19] Ecossistemas terrestres são considerados as principais fontes dessa assimetria, embora tenha sido sugerido em 2007 que o papel do oceano Ártico é significativamente subestimado.[20] A temperatura e os níveis de umidade do solo são variáveis importantes nos fluxos de metano do solo em ambientes de tundra.[21][22]

Fontes de metano no Ártico

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Ver também: Emissão de metano

Grandes quantidades de metano estão armazenadas no Ártico em depósitos de gás natural, permafrost e clatratos submarinos. O permafrost e os clatratos se degradam com o aquecimento,[23] o que pode levar a grandes liberações de metano dessas fontes como resultado do aquecimento global.[24][25][26] Outras fontes de metano incluem taliks submarinos, transporte fluvial, recuo de complexos de gelo, permafrost submarino e depósitos de hidratos de gás em decomposição.[27] O permafrost contém quase o dobro de carbono presente na atmosfera,[28] com cerca de 20 gigatoneladas de metano associado ao permafrost preso em clatratos de metano.[29] O degelo do permafrost resulta na formação de lagos termocársticos em depósitos de yedoma ricos em gelo.[30] O metano congelado no permafrost é liberado lentamente à medida que o permafrost descongela.[31]

Degelo do permafrost

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Câmaras de PMMA usadas para medir as emissões de metano e CO2 na turfeira de Storflaket, perto de Abisko, no norte da Suécia.
O ciclo do carbono se acelera após o degelo abrupto (laranja) em relação ao estado anterior da área (azul, preto).[32]

O aquecimento global no Ártico acelera a liberação de metano tanto de estoques existentes quanto da metanogênese em biomassa em decomposição.[33] A metanogênese requer ambientes completamente anaeróbicos, o que retarda a mobilização de carbono antigo. Uma revisão de 2015 na revista Nature estimou que as emissões cumulativas de locais de permafrost anaeróbicos descongelados eram 75 a 85% menores que as emissões de locais aeróbicos, e que, mesmo nesses locais, as emissões de metano representavam apenas 3 a 7% do CO2 emitido in situ (em peso de carbono). Embora representassem 25 a 45% do impacto potencial do CO2 no clima em uma escala de 100 anos, a revisão concluiu que o degelo aeróbico do permafrost ainda tinha um impacto maior no aquecimento geral.[34] No entanto, um estudo de 2018 na revista Nature Climate Change realizou experimentos de incubação de sete anos e descobriu que a produção de metano se equiparava à produção de CO2 uma vez que uma comunidade microbiana metanogênica se estabelecia no local anaeróbico, aumentando significativamente o impacto geral no aquecimento representado por locais de degelo anaeróbico.[35]

Como a metanogênese requer ambientes anaeróbicos, ela é frequentemente associada a lagos árticos, onde a emergência de bolhas de metano pode ser observada.[36][37] Lagos produzidos pelo degelo de permafrost particularmente rico em gelo são conhecidos como lagos termocársticos. Nem todo o metano produzido nos sedimentos de um lago chega à atmosfera, pois pode ser oxidado na coluna d’água ou mesmo dentro do próprio sedimento.[38] No entanto, observações de 2022 indicam que pelo menos metade do metano produzido em lagos termocársticos alcança a atmosfera.[39] Outro processo que frequentemente resulta em emissões significativas de metano é a erosão de encostas estabilizadas por permafrost e seu colapso final.[40] Esses dois processos - colapso de encostas (também conhecido como deslizamento de degelo retrógrado, ou RTS) e formação de lagos termocársticos - são coletivamente descritos como degelo abrupto, pois podem expor rapidamente grandes volumes de solo à respiração microbiana em poucos dias, em oposição ao degelo gradual, centímetro por centímetro, do solo anteriormente congelado, que predomina na maioria dos ambientes de permafrost. Essa rapidez foi ilustrada em 2019, quando três locais de permafrost que estariam a salvo do degelo sob a Trajetórias de Concentração Representativa (RCP) “intermediária” 4.5 por mais 70 anos sofreram um degelo abrupto.[41] Outro exemplo ocorreu após uma onda de calor na Sibéria em 2020, que aumentou em 17 vezes o número de RTS no norte da península de Taymyr - de 82 para 1404, enquanto a mobilização resultante de carbono no solo aumentou 28 vezes, para uma média de 11 gramas de carbono por metro quadrado por ano em toda a península (com uma variação entre 5 e 38 gramas).[32]

Até recentemente, a modelagem do feedback de carbono do permafrost (PCF) se concentrava principalmente no degelo gradual do permafrost, devido à dificuldade de modelar o degelo abrupto e às suposições falhas sobre as taxas de produção de metano.[42] No entanto, um estudo de 2018, usando observações de campo, datação por radiocarbono e sensoriamento remoto para levar em conta os lagos termocársticos, determinou que o degelo abrupto mais do que dobrará as emissões de carbono do permafrost até 2100.[43] E um segundo estudo de 2020 mostrou que, no cenário de aceleração contínua das emissões (RCP 8.5), as emissões de carbono do degelo abrupto em 2,5 milhões de km2 são projetadas para fornecer o mesmo feedback que o degelo gradual do permafrost próximo à superfície em todos os 18 milhões de km2 que ele ocupa.[42] Assim, o degelo abrupto adiciona entre 60 e 100 gigatoneladas de carbono até 2300,[44] aumentando as emissões de carbono em ~125-190% quando comparado ao degelo gradual sozinho.[42][43]

As emissões de metano do permafrost descongelado parecem diminuir à medida que o pântano amadurece com o tempo.[45]

No entanto, ainda há um debate científico sobre a taxa e a trajetória da produção de metano nos ambientes de permafrost descongelados. Por exemplo, um artigo de 2017 sugeriu que, mesmo nas turfeiras descongeladas com lagos termocársticos frequentes, menos de 10% das emissões de metano podem ser atribuídas ao carbono antigo descongelado, e o restante é a decomposição anaeróbica do carbono moderno.[46] Um estudo de acompanhamento em 2018 chegou a sugerir que o aumento da absorção de carbono devido à rápida formação de turfa nas zonas úmidas termocársticas compensaria o aumento da liberação de metano.[47] Outro artigo de 2018 sugeriu que as emissões do permafrost são limitadas após o degelo do termocárstico, mas são substancialmente maiores após incêndios florestais.[48] Em 2022, um artigo demonstrou que as emissões de metano das turfeiras decorrentes do degelo do permafrost são inicialmente bastante altas (82 mg/m2/dia de metano), mas diminuem em quase três vezes à medida que o pântano de permafrost amadurece, sugerindo uma redução nas emissões de metano em várias décadas a um século após o degelo abrupto.[45]

Derretimento do gelo marinho ártico

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Esta seção é um excerto de Declínio do gelo marinho no Ártico § Química atmosférica.[editar]

Um estudo de 2015 concluiu que o declínio do gelo marinho ártico acelera as emissões de metano provenientes da tundra ártica. Entre 2005 e 2010, as emissões foram cerca de 1,7 milhão de toneladas mais altas do que seriam se o gelo marinho estivesse nos níveis observados entre 1981 e 1990.[49] Um dos pesquisadores destacou: "A expectativa é que, com a continuidade do declínio do gelo marinho, as temperaturas no Ártico sigam aumentando, assim como as emissões de metano [en] das zonas úmidas do norte."[50]

Fissuras no gelo marinho ártico expõem a água do mar ao ar, permitindo que o mercúrio presente na atmosfera seja absorvido pela água. Este processo aumenta a quantidade de mercúrio, uma toxina, na cadeia alimentar, impactando negativamente os peixes e os animais e pessoas que os consomem.[51][52] O mercúrio está presente na atmosfera terrestre devido a causas naturais (ver ciclo do mercúrio) e também por emissões humanas.[53][54]

Mapa ilustrando diversas rotas de navegação no Ártico

Desestabilização de clatratos

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A hipótese da arma de clatratos propõe uma explicação para períodos de aquecimento rápido durante o Quaternário. A hipótese sugere que mudanças nos fluxos nas águas intermediárias superiores do oceano causaram flutuações de temperatura que alternadamente acumularam e ocasionalmente liberaram clatratos de metano nas encostas continentais superiores. Isso teria um impacto imediato na temperatura global, já que o metano é um gás de efeito estufa muito mais potente que o dióxido de carbono. Apesar de sua vida útil atmosférica de cerca de 12 anos, o potencial de aquecimento global (GWP) do metano é 72 vezes maior que o do CO₂ em 20 anos e 25 vezes em 100 anos (33 quando se consideram interações com aerossóis).[55] Propõe-se ainda que esses eventos de aquecimento causaram os ciclos de Bond e eventos interestadiais individuais, como os interestadiais de Dansgaard–Oeschger.[56]

Em 2018, um artigo de perspectiva dedicado a pontos de inflexão no sistema climático sugeriu que a contribuição dos hidratos de metano para a mudança climática seria “insignificante” até o final do século, mas poderia chegar a 0,4 - 0,5 °C em escalas de tempo milenares.[57] Em 2021, o Sexto Relatório de Avaliação do IPCC não incluiu mais os hidratos de metano na lista de possíveis pontos de inflexão e afirma que “é muito improvável que as emissões de CH4 dos clatratos aqueçam substancialmente o sistema climático nos próximos séculos”.[58] O relatório também vinculou os depósitos de hidratos terrestres às crateras de emissão de gás descobertas na península de Yamal, na Sibéria, Rússia, a partir de julho de 2014,[59] mas observou que, como os hidratos de gás terrestres se formam predominantemente a uma profundidade abaixo de 200 metros, uma resposta substancial nos próximos séculos pode ser descartada.[58] Da mesma forma, uma avaliação de 2022 dos pontos de inflexão descreveu os hidratos de metano como um ”feedback sem limite" em vez de um ponto de inflexão.[60][61]

Derretimento da camada de gelo da Groenlândia

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Um estudo de 2014 encontrou evidências de ciclagem de metano abaixo da camada de gelo da geleira Russell, com base em amostras de drenagem subglacial dominadas por bactérias Pseudomonadota. Durante o estudo, foi observado o derretimento superficial mais extenso registrado nos últimos 120 anos na Groenlândia; em 12 de julho de 2012, água não congelada estava presente em quase toda a superfície da camada de gelo (98,6%). As descobertas indicam que metanotrofos podem atuar como sumidouros biológicos de metano no ecossistema subglacial, e a região foi, pelo menos durante o período da amostra, uma fonte de metano atmosférico. O fluxo de metano dissolvido durante os quatro meses da temporada de derretimento de verão para a área de captação da geleira Russell (1.200 km²) foi estimado em 990 toneladas de CH4. Como essa área é representativa de geleiras de saída semelhantes na Groenlândia, os pesquisadores concluíram que a camada de gelo da Groenlândia pode representar uma fonte global significativa de metano.[62] Um estudo realizado em 2016 concluiu que os clatratos de metano podem existir abaixo das camadas de gelo da Groenlândia e da Antártica, com base em evidências anteriores.[63]

Redução das emissões de metano

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Ver também: Mitigação das mudanças climáticas

Mais da metade das emissões globais de metano provêm de atividades humanas em três setores principais: combustíveis fósseis (35% das emissões antropogênicas), resíduos (20%) e agricultura (40%). No setor de combustíveis fósseis, a extração, processamento e distribuição de petróleo e gás contribuem com 23%, enquanto a mineração de carvão responde por 12% dessas emissões. No setor de resíduos, aterros e águas residuais representam cerca de 20% das emissões antropogênicas globais. Na agricultura, as emissões de gado provenientes de esterco e fermentação entérica correspondem a cerca de 32%, e o cultivo de arroz contribui com 8% das emissões antropogênicas globais. A mitigação usando medidas disponíveis pode reduzir essas emissões de metano em cerca de 180 milhões de toneladas por ano, ou aproximadamente 45%, até 2030.[10]

A mitigação das emissões de CO2 até 2050 (ou seja, atingir emissões net zero) provavelmente não é suficiente para impedir o futuro desaparecimento da cobertura de gelo do oceano Ártico no verão. A mitigação das emissões de metano também é necessária, e isso deve ser feito em um período de tempo ainda mais curto.[9]

Queima de metano de operações de petróleo e gás

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A ARPA-E financiou um projeto de pesquisa de 2021 a 2023 para desenvolver uma “frota de microflare inteligente” para queimar as emissões de metano em locais remotos.[64][65][66]

Um artigo de revisão de 2012 afirmou que a maioria das tecnologias existentes “opera em fluxos de gás confinados com 0,1% de metano” e é mais adequada para áreas em que o metano é emitido em bolsões.[67]

A queima de metano em operações de petróleo e gás, se realizada com as melhores tecnologias disponíveis (BAT) e as melhores práticas ambientais (BEP), pode resultar em reduções significativas nas emissões de metano, segundo o Conselho Ártico.[68]

Veja também

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Referências

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Ligações externas

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