Metano y cambio climático exponencial.

Cuatro estudios publicados en los últimos días se han centrado en el metano en la Tierra y en su emisión a la atmósfera. El primero explica la evolución del metano atmosférico en las últimas décadas, en otro se da una explicación a la producción de metano en los océanos y en los otros dos se constata la presencia de grandes cantidades de metano bajo los hielos polares, metano que ya se estaría liberando a la atmósfera y cuyo ritmo podría incrementarse en los próximos años con consecuencias potencialmente desastrosas.

Antes de nada veamos la importancia del metano para el cambio climático con cuatro números tomados del IPCC Fourth Assesment Report. Todos solemos asociar el calentamiento global al dióxido de carbono como responsable del efecto invernadero, y esto es correcto pero no es todo el cuadro. En un período de 100 años, a igualdad de masa emitida a la atmósfera, el metano tiene 25 veces la capacidad del dióxido de carbono para afectar al calentamiento global.

Maticemos. El metano tiene efectos grandes en períodos cortos de tiempo (se degrada en contacto con el oxígeno y el ozono y su vida es de 8,4 años en la atmósfera, contribuyendo de paso a la desaparición de la capa de este último), mientras que el dióxido de carbono tiene un efecto pequeño durante largos períodos de tiempo (más de 100 años). Si reducimos el tiempo considerado a 20 años, a igualdad de masa emitida, el metano tiene 72 veces más efecto que el dióxido de carbono. Vemos así las consecuencias a corto plazo que la emisión de grandes cantidades de metano a la atmósfera puede tener.

La concentración de metano atmosférico se ha incrementado alrededor del 150% desde 1750 y este incremento representa el 20% de todo el efecto radiativo de todos los gases con efecto invernadero a nivel global, excluido el vapor de agua.

Sin embargo, entre 1980 y 2005 las cantidades de metano en la atmósfera se estabilizaron. ¿Cómo era posible? Un artículo [1] publicado en Nature parece confirmar una de las hipótesis posibles. El estudio, encabezado Isobel Simpson, de la Universidad de California en Irvine (EE.UU.), indicaría que el 70% del descenso, hasta 21 millones de toneladas al año, se debía al mejor control en las emisiones ocasionadas por la exploración petrolífera y del aprovechamiento del metano como recurso energético.

Sin embargo, desde 2007 los niveles vuelven a subir. ¿Por qué?

Los océanos producen un 4% del metano emitido a la atmósfera.

El que el océano produzca metano es paradójico. El agua del mar tanto por sí misma como por el oxígeno disuelto que contiene tendría que tener la capacidad de oxidar el metano. La cantidad de metano que tendría que estar produciéndose es mucho más alta de la que sería producida por microorganismos anaerobios metanogénicos para que tanto metano pudiera escapar del mar sin oxidarse.

En 2008 se propuso un posible mecanismo para aguas en las que no hubiese cantidades significativas de fosfato. Los microbios aerobios podrían metabolizar un compuesto llamado ácido metilfosfónico (AMF) como fuente de fosfato, liberando metano como subproducto. Esto estaba muy bien y podría ser una solución a la paradoja si no hubiese sido porque no se conocía ninguna fuente natural de AMF.

Ahora un equipo de investigadores encabezado por William Metclaf, de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, publica [2] en Science el descubrimiento, dicho sea de paso por casualidad, de toda una ruta biosintética para el AMF que sugiere que la molécula es común en los ambientes marinos.

Los investigadores están especializados en la búsqueda de nuevos compuestos antibióticos. Un grupos de compuestos potenciales son los ácidos fosfónicos, por lo que estaban buscando organismos que tengan la capacidad genética de producirlos. Uno de estos organismos es un arqueon marino llamado Nitrosopumilus maritimius, parte de un grupo cuyos miembros están entre los microorganismos más abundantes en las aguas marinas superficiales. Los investigadores identificaron un grupos de genes que podrían sintetizar fosfonatos. Cual no sería su sorpresa al descubrir que el producto sintetizado era AMF.

Si tenemos en cuenta que secuencias genéticas similares se encuentran en otros microorganismos marinos, hace que el AMF sea lo suficientemente abundante para dar cuenta de la producción de metano en ambientes marinos. ¿Podría un aumento de la temperatura global aumentar el número de estos microorganismos aumentando la producción de metano? No lo sabemos. Es necesario investigar más y no es una pregunta fácil de responder.

Hay metano atrapado en el hielo del Ártico. Y se está derritiendo.

En abril de 2011 aparecía, editado por Plaza y Janés, “En mares salvajes” de Javier Reverte. En este libro de viajes, escrito con la maestría habitual de Reverte, éste narra su navegación a través del mítico paso del noroeste (norte de Canadá), abierto a la navegación por la retirada de los hielos árticos desde el 2007. Desde 2010 está también abierto el paso del noreste (norte de Rusia).

En la página 346, Reverte nos cuenta lo siguiente, tras exponer las consecuencias para el entorno que el acceso al Ártico supone:

“Pero este escenario se torna casi apocalíptico si tenemos en cuenta otro hecho: en la tundra, debajo de la tierra de las islas, se cubre una capa de hielo que cubre cantidades ingentes de turba, una materia orgánica formada a lo largo de miles de años por residuos vegetales. Si el hielo subterráneo de la tundra se derrite, la turba comenzará a romperse, provocando grandes emanaciones de gas metano, lo que creará en la atmósfera un descenso de oxígeno y la extinción de numerosas especies.”

Un estudio [3] publicado en Nature, encabezado por J.E. Vonk, de la Universidad de Estocolmo (Suecia), ha estudiado el ritmo al que se está emitiendo carbono (dióxido de carbono y metano) a la atmósfera desde el permafrost siberiano, donde las temperaturas se han incrementado en varios grados más de lo previsto en los últimos años, encontrando que es del orden de 10 veces más de lo que se creía. Hablamos de la emisión de 44 millones de toneladas al año de carbono, dos tercios en forma de dióxido de carbono.

La capa de hielo del Antártico también es una fuente de metano no considerada hasta ahora.

También en Nature aparece otro artículo [4], cuya primera autora es Jemma Wadham, de la Universidad de Bristol (Reino Unido), en el que se sugiere que la capa de hielo antártica podría esconder 20 mil millones de toneladas de carbono orgánico. Esto viene a ser unas 10 veces la cantidad que se estima que hay en el permafrost ártico. Pero la cosa no queda ahí. En el estudio se pone de manifiesto que estos entornos debajo del hielo son biológicamente activos, es decir, que este carbono orgánico se está metabolizando y de aparecer lo haría en forma de dióxido de carbono y metano.

Una simulación numérica de la producción de metano por parte de microorganismos metanogénicos indicaría que habría hasta 400 mil millones de toneladas de metano atrapadas bajo el hielo.

¿Nos damos cuenta de lo que esto significa de seguir aumentando la temperatura global?

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XVII Edición del Carnaval de Química que acoge Un geólogo en apuros.

Referencias:

[1] Simpson IJ, Sulbaek Andersen MP, Meinardi S, Bruhwiler L, Blake NJ, Helmig D, Rowland FS, & Blake DR (2012). Long-term decline of global atmospheric ethane concentrations and implications for methane. Nature, 488 (7412), 490-4 PMID: 22914166

[2] Metcalf WW, Griffin BM, Cicchillo RM, Gao J, Janga SC, Cooke HA, Circello BT, Evans BS, Martens-Habbena W, Stahl DA, & van der Donk WA (2012). Synthesis of methylphosphonic acid by marine microbes: a source for methane in the aerobic ocean. Science (New York, N.Y.), 337 (6098), 1104-7 PMID: 22936780

[3] Vonk JE, Sánchez-García L, van Dongen BE, Alling V, Kosmach D, Charkin A, Semiletov IP, Dudarev OV, Shakhova N, Roos P, Eglinton TI, Andersson A, & Gustafsson O (2012). Activation of old carbon by erosion of coastal and subsea permafrost in Arctic Siberia. Nature PMID: 22932271

[4] Wadham JL, Arndt S, Tulaczyk S, Stibal M, Tranter M, Telling J, Lis GP, Lawson E, Ridgwell A, Dubnick A, Sharp MJ, Anesio AM, & Butler CE (2012). Potential methane reservoirs beneath Antarctica. Nature, 488 (7413), 633-7 PMID: 22932387