الميثان كغاز دفيئة

الميثان هو مكون رئيسي للغاز الطبيعي ، ولكن خصائصه الكيميائية والفيزيائية تجعله أيضًا غازًا قويًا للاحتباس الحراري ويساهم بشكل مثير للقلق في العالمية تغير المناخ.

جزيء الميثان CH₄يتكون من ذرة كربون مركزية محاطة بأربعة هيدروجين. الميثان هو غاز عديم اللون يتشكل عادة بإحدى طريقتين:

• ينتج الميثان الحيوي عن طريق الكائنات الحية الدقيقة التي تكسر أنواعًا معينة من السكريات في الظروف التي يكون فيها الأكسجين غائبًا. يمكن إطلاق هذا الميثان المنتج بيولوجيًا إلى الغلاف الجوي فور إنتاجه ، أو يمكن أن يتراكم في الرواسب الرطبة فقط ليتم إطلاقه لاحقًا.
• تم تكوين الميثان الحراري عندما دفنت المواد العضوية بعمق تحت الطبقات الجيولوجية وعلى مدى ملايين السنين ، ثم تكسر بسبب الضغط ودرجات الحرارة المرتفعة. هذا النوع من الميثان هو المكون الأساسي للغاز الطبيعي ، حيث يشكل 70 إلى 90٪ منه. البروبان هو منتج ثانوي شائع موجود في الغاز الطبيعي.

قد يكون للميثان الحيوي والحراري أصول مختلفة ولكن لهما نفس الخصائص ، مما يجعلهما من غازات الاحتباس الحراري الفعالة.

الميثان مع نشبع والجزيئات الأخرى ، يساهم بشكل كبير في

بسبب الروابط الكيميائية داخل جزيء الميثان أكثر كفاءة في امتصاص الحرارة من ثاني أكسيد الكربون (أكثر من 86 مرة) ، مما يجعله غازًا شديد الاحتباس الحراري. لحسن الحظ ، يمكن أن يدوم الميثان حوالي 10 إلى 12 عامًا فقط في الغلاف الجوي قبل أن يتأكسد ويتحول إلى ماء وثاني أكسيد الكربون. يستمر ثاني أكسيد الكربون لقرون.

وفقا ل وكالة حماية البيئة (EPA)كمية الميثان في الغلاف الجوي تضاعف منذ الثورة الصناعية ، حيث نمت من 722 جزءًا في البليون (جزء في البليون) في عام 1750 إلى 1834 جزء في البليون في عام 2015. ومع ذلك ، يبدو أن الانبعاثات من العديد من الأجزاء المتقدمة من العالم قد توقفت الآن.

في الولايات المتحدة ، تأتي انبعاثات الميثان بشكل أساسي من صناعة الوقود الأحفوري. لا يتم إطلاق الميثان عندما نحرق الوقود الأحفوري ، كما يفعل ثاني أكسيد الكربون ، ولكن أثناء استخراج ومعالجة وتوزيع الوقود الأحفوري. يتسرب الميثان من رؤوس آبار الغاز الطبيعي ، في مصانع المعالجة ، من صمامات خطوط الأنابيب المعيبة ، وحتى في شبكة التوزيع التي تنقل الغاز الطبيعي إلى المنازل والشركات. بمجرد وصوله ، يستمر غاز الميثان في التسرب من عدادات الغاز والأجهزة التي تعمل بالغاز مثل السخانات والمواقد.

تحدث بعض الحوادث أثناء مناولة الغاز الطبيعي مما يؤدي إلى إطلاق كميات كبيرة من الغاز. في عام 2015 تم إطلاق كميات كبيرة جدًا من الميثان من منشأة تخزين في كاليفورنيا. استمر تسرب بورتر رانش لعدة أشهر ، ينبعث منه ما يقرب من 100،000 طن من الميثان في الغلاف الجوي.

تعد الزراعة ثاني أكبر مصدر لانبعاثات غاز الميثان في الولايات المتحدة. عند التقييم العالمي ، تحتل الأنشطة الزراعية المرتبة الأولى بالفعل. هل تتذكر الكائنات الحية الدقيقة التي تنتج غاز الميثان الحيوي في ظروف ينقص فيها الأكسجين؟ تمتلئ أحشاء الماشية العاشبة بها. الأبقار والأغنام والماعز وحتى الجمال لديها بكتيريا ميثانوجينية في معدتها للمساعدة على هضم المواد النباتية ، مما يعني أنها تمرر مجتمعة كميات كبيرة جدًا من غاز الميثان. وهي ليست قضية ثانوية ، حيث يقدر أن 22 ٪ كاملة من انبعاثات الميثان في الولايات المتحدة تأتي من الثروة الحيوانية.

مصدر زراعي آخر للميثان هو إنتاج الأرز. تحتوي حقول الأرز أيضًا على كائنات دقيقة تنتج غاز الميثان ، وتطلق الحقول الرطبة حوالي 1.5٪ من انبعاثات الميثان العالمية. مع نمو السكان ومع الحاجة إلى زراعة الغذاء ، ومع ارتفاع درجات الحرارة مع تغير المناخ ، من المتوقع أن تستمر انبعاثات غاز الميثان من حقول الأرز في الارتفاع. يمكن أن يساعد تعديل ممارسات زراعة الأرز في تخفيف المشكلة: سحب المياه مؤقتًا في منتصف الموسم ، من أجل على سبيل المثال ، يحدث فرقا كبيرا ولكن بالنسبة لكثير من المزارعين ، لا يمكن لشبكة الري المحلية استيعاب يتغيرون.

المواد العضوية المتحللة عميقًا داخل مكب النفايات تنتج غاز الميثان ، الذي عادة ما يتم تنفيسه وإطلاقه في الغلاف الجوي. وفقًا لوكالة حماية البيئة الأمريكية ، تعد مشكلة دفن النفايات ثالث أكبر مصدر لانبعاثات غاز الميثان في الولايات المتحدة. لحسن الحظ ، فإن عددًا متزايدًا من المنشآت يمسك الغاز ويوجهه إلى مصنع يستخدم غلاية لإنتاج الكهرباء باستخدام غاز النفايات.

مع ارتفاع درجة حرارة مناطق القطب الشمالي بسرعة ، يتم إطلاق غاز الميثان حتى في غياب النشاط البشري المباشر. تحتوي التندرا القطبية الشمالية ، إلى جانب العديد من الأراضي الرطبة والبحيرات ، على كميات كبيرة من النباتات الميتة الشبيهة بالخث المغلقة في الجليد والتربة الصقيعية. مع ذوبان هذه الطبقات من الجفت ، يزداد نشاط الكائنات الحية الدقيقة ويتم إطلاق غاز الميثان. في حلقة تغذية مرتدة مزعجة ، كلما زاد وجود غاز الميثان في الغلاف الجوي ، كلما ازداد دفئه ، وانبعاث غاز الميثان أكثر من الجليد الذائب.

ولزيادة عدم اليقين ، هناك ظاهرة أخرى مقلقة من المحتمل أن تؤدي إلى مزيد من تعطيل مناخاتنا بسرعة كبيرة. تحت التربة القطبية الشمالية وفي أعماق المحيطات توجد تركيزات كبيرة من الميثان عالقة في شبكة تشبه الجليد مصنوعة من الماء. يسمى الهيكل الناتج بـ clathrate ، أو هيدرات الميثان. يمكن أن تزعزع رواسب كبيرة من clathrate من خلال تغيير التيارات ، والانهيارات الأرضية تحت الماء ، والزلازل ، ودرجات حرارة الاحترار. إن الانهيار المفاجئ لرواسب كلاترات الميثان الكبيرة ، لأي سبب كان ، سيطلق الكثير من الميثان في الغلاف الجوي ويسبب الاحترار السريع.

كمستهلك ، فإن الطريقة الأكثر فعالية لخفض انبعاثات الميثان هي تقليل احتياجاتنا من طاقة الوقود الأحفوري. تشمل الجهود الإضافية اختيار نظام غذائي منخفض في اللحوم الحمراء لتقليل الطلب على إنتاج الميثان الماشية والسماد لتقليل كمية النفايات العضوية المرسلة إلى مدافن النفايات التي ستنتجها الميثان.