متان در یک بازه ۲۰ ساله، ۸۴ برابر بیشتر از دی‌اکسید کربن گرما به دام می‌اندازد

نهادهای ناظر و قانون‌گذار در ۱۱۱ کشور جهان اهداف اقلیمی کوتاه‌مدت خود را بازنویسی کرده‌اند تا نشت متان از بخش‌های کشاورزی و سوخت‌های فسیلی را به شکلی قاطع مهار کنند. این دگرگونی در سیاست‌گذاری ناشی از یک واقعیت فیزیکی آشکار است: متان در یک بازه زمانی دو دهه‌ای، ۸۴ برابر بیشتر از دی‌اکسید کربن گرما در جو به دام می‌اندازد.[3][4]

این ضریب، نحوه مدل‌سازی گرمایش کوتاه‌مدت توسط دولت‌ها و دانشمندان را به بنیادین‌ترین شکل دگرگون ساخته است. از آنجا که متان مسئول حدود ۳۰ درصد از افزایش دمای کره زمین از سال ۱۷۵۰ تاکنون بوده، مهار انتشار آن در حال حاضر سریع‌ترین ابزار ممکن برای کاهش دمای جو تلقی می‌شود.[1][4]

دکتر یومی اوه، پژوهشگر آزمایشگاه پایش جهانی وابسته به سازمان ملی اقیانوسی و جوی آمریکا (NOAA)، می‌گوید: «پس از دی‌اکسید کربن، متان دومین گاز گلخانه‌ای مهمی است که در گرمایش اقلیمی ناشی از فعالیت‌های انسانی نقش دارد.»[2]

با این حال، رقم ۸۴ برابر اغلب به عنوان یک ویژگی ثابت و ذاتی این مولکول گاز اشتباه درک می‌شود. در واقعیت، این عدد برآیند دو نیروی فیزیکی متقابل است: بازدهی و قدرت جذب فوق‌العاده بالا در به دام انداختن حرارت در روزهای نخست، که با تخریب شیمیایی سریع آن در اتمسفر مهار می‌شود.[5]

پنجره جذب فروسرخ

ناهمخوانی میان این دو گاز از ساختار مولکولی آن‌ها سرچشمه می‌گیرد. دی‌اکسید کربن از سه اتم و دو پیوند تشکیل شده، در حالی که متان ساختاری با پنج اتم و چهار پیوند دارد. این هندسه پیچیده‌تر به متان اجازه می‌دهد در جهات و حالت‌های متنوع‌تری ارتعاش کند و تابش گرمایی را با شدتی بسیار بیشتر جذب نماید.[5]

هنگامی که سطح زمین گرما را به شکل انرژی فروسرخ به فضا بازمی‌تاباند، دی‌اکسید کربن این انرژی را عمدتاً در طول موج ۱۵ میکرون جذب می‌کند؛ یعنی در یک باند طیفی که به دلیل حجم انبوه CO2 موجود در جو، از پیش به شدت اشباع شده است.[3]

از آنجا که باند ۱۵ میکرون تقریباً مسدود شده، ورود دی‌اکسید کربن بیشتر تنها لبه‌های این پنجره جذب را اندکی عریض‌تر می‌کند. در نتیجه، اثر گرمایشی حاشیه‌ای آن لگاریتمی است؛ یعنی هر تن دی‌اکسید کربن اضافی نسبت به تن پیش از خود، گرمای کمتری ذخیره می‌کند.[3]

در نقطه مقابل، متان انرژی فروسرخ را عمدتاً در طول‌موج‌های ۳.۲ و ۷.۲ میکرون جذب می‌کند. این طول‌موج‌ها در پنجره‌ای نسبتاً شفاف از طیف جوی قرار دارند؛ به این معنا که متان برای رهگیری و جذب گرمای خروجی زمین پیش از فرار به فضا، فضای خالی و غیراشباع فراوانی در اختیار دارد.[3]

از آنجا که باندهای جذبی متان خوداشباع نیستند، نیروی واداشت تابشی آن با جذر غلظت این گاز نسبت مستقیم دارد. این جذب بدون مانع سبب می‌شود که بازدهی تابشی متان در روزهای نخست ورود به جو، بیش از ۱۰۰ برابر قدرتمندتر از دی‌اکسید کربن باشد.[3][5]

جذب انرژی ورودی خورشید

افزون بر به دام انداختن گرمای خروجی از زمین، تحقیقات اخیر فیزیک جو نشان داده که متان انرژی ورودی خورشید را نیز رهگیری و جذب می‌کند. این گاز امواج کوتاه را در طول‌موج‌های نزدیک به فروسرخ یعنی ۱.۷، ۲.۳ و ۳.۳ میکرون جذب می‌کند.[3]

این جذب امواج کوتاه عمدتاً در تروپوسفر رخ می‌دهد؛ جایی که نور خورشید پس از بازتاب از ابرها، بارها از میان هوای آکنده از متان عبور می‌کند. هیئت بین‌دولتی تغییر اقلیم (IPCC) این اثر را به طور رسمی در ششمین گزارش ارزیابی خود در سال ۲۰۲۱ گنجاند.[3]

احتساب این جذب امواج کوتاه، واداشت تابشی کل متان را تقریباً ۷ درصد افزایش می‌دهد. هرچند دی‌اکسید کربن همچنان پیشران اصلی تغییرات اقلیمی بلندمدت باقی می‌ماند، توانایی دوگانه متان در مسدود کردن امواج فروسرخ خروجی و جذب تابش‌های ورودی خورشید، پتانسیلی استثنایی به آن می‌بخشد.[3]

اگر متان به اندازه دی‌اکسید کربن در جو باقی می‌ماند، پیامدهای آن فاجعه‌بار بود. با این حال، متان از نظر شیمیایی واکنش‌پذیر است و طول عمر میانگین آن در جو پیش از تخریب، تنها بین ۹ تا ۱۲ سال برآورد می‌شود.[1][2]

واپاشی شیمیایی و طول عمر اتمسفری

این تخریب شیمیایی در تروپوسفر رخ می‌دهد؛ یعنی جایی که مولکول‌های متان با رادیکال‌های هیدروکسیل واکنش می‌دهند. این عوامل اکسیدکننده فوق‌العاده فعال، ساختار متان را شکسته و آن را در نهایت به بخار آب و دی‌اکسید کربن تبدیل می‌کنند.[2]

دی‌اکسید کربن برعکس، از پایداری شیمیایی بسیار بالایی برخوردار است. بخش عمده‌ای از دی‌اکسید کربن پس از انتشار، ۳۰۰ تا ۱۰۰۰ سال در اتمسفر پایدار می‌ماند و سامانه‌های اقلیمی جهان را تا هزاره‌ها تحت تأثیر قرار می‌دهد.[1]

دکتر اوه خاطرنشان می‌کند: «واکنش‌پذیری شیمیایی متان باعث می‌شود این گاز اثری نامتناسب و جهش‌گونه بر افزایش دما بگذارد، اما در عین حال یک فرصت به شمار می‌آید. کاهش انتشار متان به دلیل عمر کوتاهش، می‌تواند در زمانی بسیار سریع منافع اقلیمی ملموسی به همراه داشته باشد.»[2]

رقم ۸۴ برابر — موسوم به پتانسیل گرمایش جهانی ۲۰ ساله یا GWP20 — از انتگرال‌گیری این دو عامل متضاد در طول زمان حاصل می‌شود. این شاخص، انرژی انباشته‌شده توسط یک تن متان را با یک تن دی‌اکسید کربن در یک دوره دقیقاً دو دهه‌ای مقایسه می‌کند.[3]

نحوه محاسبه ضریب ۸۴ برابر

از آنجا که غلظت دی‌اکسید کربن در طول ۲۰ سال تقریباً ثابت می‌ماند، خط پایه ذخیره گرمای آن پایدار است. در همین حال متان به سرعت تجزیه می‌شود؛ بدین معنا که غلظت و در نتیجه اثر گرمایشی آن سال به سال به شدت کاهش می‌یابد.[5]

ضریب ۸۴ برابری نمایانگر مساحت زیر منحنی واپاشی ۱۲ ساله متان است. در حالی که بازدهی آنی این گاز به مراتب بالاتر است، اکسیداسیون سریع آن توسط رادیکال‌های هیدروکسیل، میانگین تأثیر تجمعی آن را در ۲۰ سال به ۸۴ برابر CO2 تقلیل می‌دهد.[5]

هنگامی که افق زمانی به یک قرن گسترش می‌یابد، معیار سنجش به GWP100 تغییر می‌کند. در طول ۱۰۰ سال، اثر نخستین توده متان تقریباً محو می‌شود، در حالی که دی‌اکسید کربن خط پایه همچنان به گرماگیری ادامه می‌دهد و ضریب متان را به ۲۸ تا ۳۰ برابر می‌رساند.[3]

همه متانی که وارد جو می‌شود یکسان نیست. دانشمندان با تحلیل امضای ایزوتوپی کربن‌های پایدار، به ویژه نسبت کربن-۱۲ به کربن-۱۳، منابع میکروبی، فسیلی و ناشی از آتش‌سوزی‌ها را از یکدیگر تفکیک می‌کنند.[2]

امضاهای ایزوتوپی متان

متان حاصل از منابع میکروبی، مانند تالاب‌ها و احشام، از نظر ایزوتوپی سبک‌تر بوده و کربن-۱۳ کمتری دارد. در مقابل، متان فسیلی استخراج‌شده از میادین زغال‌سنگ و گاز، امضای سنگین‌تری دارد که شناسایی منشأ دقیق طغیان‌های اتمسفری را برای پژوهشگران ممکن می‌سازد.[2]

هیئت بین‌دولتی تغییر اقلیم حتی بر پایه منشأ گاز، ضرایب متفاوتی برای آن قائل می‌شود. متان فسیلی ضریب GWP20 متفاوتی در قیاس با متان غیرفسیلی دارد، زیرا اکسیداسیون نهایی آن به CO2 به شکل متفاوتی با چرخه عمومی کربن وارد برهم‌کنش می‌شود.[3]

بخش کشاورزی همچنان بزرگ‌ترین منبع انتشار متان ناشی از فعالیت‌های انسانی است. تخمیر گوارشی در دستگاه هاضمه نشخوارکنندگان، به ویژه گاو و گوسفند، حجم انبوهی از این گاز را آزاد می‌کند؛ افزون بر انتشارات ناشی از شالیزارهای غرقابی که باکتری‌های بی‌هوازی در آن‌ها رشد می‌کنند.[1][4]

بازخوردهای بخش کشاورزی و مدار قطب شمال

فراتر از فعالیت‌های انسانی، اقلیم‌شناسان چرخه‌های بازخورد طبیعی را که می‌توانند این انتشار را شتاب بخشند، به دقت زیر نظر دارند. ذخایر هنگفتی از کربن در خاک‌های یخ‌بسته و پرمافراست مدار قطب شمال به دام افتاده‌اند که هم‌اکنون با سرعتی بی‌سابقه در حال ذوب شدن هستند.[2]

با ذوب این خاک‌های منجمد، تجزیه میکروبی شدت گرفته و این تهدید شکل می‌گیرد که مدار قطب شمال به منبع عظیمی از متان و دی‌اکسید کربن بدل شود. این بازخورد طبیعی می‌تواند مستقل از اقدامات مهارکننده انسانی، غلظت پس‌زمینه جو را بالا ببرد.[2]

شکاف عمیق میان ضرایب ۲۰ ساله و ۱۰۰ ساله، مناقشه‌ای جدی در حسابداری گازهای گلخانه‌ای شرکت‌ها ایجاد کرده است. گزینش میان GWP20 یا GWP100 می‌تواند ردپای کربنی گزارش‌شده یک شرکت تولیدکننده متان را تا سه برابر تغییر دهد.

مناقشه بر سر گزارش‌دهی شرکتی

در حال حاضر، «پروتکل گازهای گلخانه‌ای» — استاندارد جهانی گزارش‌دهی شرکتی — معیار ۱۰۰ ساله را مبنای پیش‌فرض قرار داده است. این امر به غول‌های حوزه سوخت فسیلی و کشاورزی امکان می‌دهد متان خود را با ضریب پایین‌تر ۲۸ برابر گزارش کنند و اثرات اقلیمی کوتاه‌مدت خود را بر روی کاغذ کوچک نشان دهند.

دانشمندان اقلیم استدلال می‌کنند که هرچند GWP100 روند انباشت گرمایش در درازمدت را دقیق نشان می‌دهد، جهش‌های دمایی فوری در دو دهه پیش رو را پنهان می‌سازد. گزارش هم‌زمان هر دو شاخص به عنوان تنها راهکار شفاف شناخته می‌شود.

علیرغم عمر کوتاه متان در جو، غلظت اتمسفری آن در ۲۰۰ سال گذشته بیش از دو برابر شده است. بر پایه داده‌های سازمان ملی اقیانوسی و جوی آمریکا، سطوح پس‌زمینه متان به مرز ۱۹۰۰ بخش در میلیارد جهش یافته است.[1][2]

کارنامه انتشار در عصر نوین

فرایندهای طبیعی و در رأس آن‌ها تالاب‌ها، عامل حدود ۴۰ درصد از انتشار جهانی متان هستند. ۶۰ درصد باقیمانده منشأ انسانی دارد و از بخش کشاورزی، پسماندهای در حال تجزیه در دفن‌گاه‌های زباله و فرآیند استخراج و انتقال سوخت‌های فسیلی ناشی می‌شود.[1]

گزارش «ردیاب جهانی متان ۲۰۲۴» متعلق به آژانس بین‌المللی انرژی حاکی است که انتشار متان از مصرف سوخت‌های فسیلی در سال ۲۰۲۳ به حدود ۱۲۰ میلیون تن رسیده است. داده‌های ماهواره‌ای نیز از افزایش ۵۰ درصدی رخدادهای کلان نشت گاز نسبت به سال پیش از آن پرده برداشتند.[4]

بیش از ۵ میلیون تن از این رقم مستقیماً به نشت‌های بزرگ در تأسیسات سوخت فسیلی مربوط می‌شد؛ از جمله فوران فاجعه‌بار یک چاه در قزاقستان که در سال ۲۰۲۳ به مدت بیش از ۲۰۰ روز پیوسته گاز متان در جو رها کرد.[4]

به دلیل سرعت بالای تجزیه متان، مهار این گاز اثرات جوی فوری بر جا می‌گذارد. برآورد آژانس بین‌المللی انرژی نشان می‌دهد کاهش ۷۵ درصدی انتشار متان در صنایع سوخت فسیلی تا سال ۲۰۳۰، برای جلوگیری از عبور از مرزهای بحرانی گرمایش زمین ضرورتی اجتناب‌ناپذیر است.[4]

پنجره اقدام سیاست‌گذارانه

دستیابی به این کاهش ۷۵ درصدی مستلزم حدود ۱۷۰ میلیارد دلار سرمایه‌گذاری است. این رقم اگرچه سنگین به نظر می‌رسد، کمتر از ۵ درصد درآمد کلی صنعت جهانی سوخت‌های فسیلی در سال ۲۰۲۳ را تشکیل می‌دهد.[4]

علاوه بر این، آژانس محاسبه کرده است که حدود ۴۰ درصد از انتشار متان در تأسیسات فسیلی بدون هزینه خالص قابل مهار است؛ چرا که ارزش اقتصادی گاز طبیعی مهارشده — که ترکیب اصلی‌اش متان است — هزینه ارتقای زیرساخت‌ها برای جلوگیری از نشت را پوشش می‌دهد.[4]

«تعهد جهانی متان» اکنون ۱۱۱ کشور را به دستیابی به هدف مشترک کاهش ۳۰ درصدی انتشار تا سال ۲۰۳۰ متعهد کرده است. موفقیت این طرح می‌تواند غلظت اتمسفری دومین گاز مهم گلخانه‌ای زمین را به سرعت به عقب براند.[4]

فیزیک متان جدول زمانی اقدام در برابر بحران اقلیم را مشخص می‌کند. در حالی که انباشت دی‌اکسید کربن معین می‌سازد که سیاره ما در نهایت چقدر داغ خواهد شد، غلظت متان سرعت پیشروی این افزایش دما را در دو دهه آینده رقم می‌زند.[5]