Il metano è un potente gas serra che viene aggiunto all'atmosfera sia attraverso processi naturali che attività umane, come la produzione di energia e l'agricoltura.

Per prevedere gli impatti delle emissioni umane, i ricercatori hanno bisogno di un quadro completo del ciclo del metano dell'atmosfera. Devono conoscere la dimensione degli input, sia naturali che umani, nonché gli output. Devono anche sapere per quanto tempo il metano risiede nell'atmosfera.

Per aiutare a sviluppare questa comprensione, Tom Weber, un assistente professore di scienze della terra e dell'ambiente presso l'Università di Rochester; ricercatore universitario Nicola Wiseman '18, ora uno studente laureato presso l'Università della California, Irvine; e la loro collega Annette Kock presso il GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research in Germania, ha utilizzato la scienza dei dati per determinare la quantità di metano emessa dall'oceano nell'atmosfera ogni anno. I loro risultati, pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura , colmare una lacuna di lunga data nella ricerca sul ciclo del metano e aiuterà gli scienziati del clima a valutare meglio l'entità delle perturbazioni umane. Lo studio fa parte dello sforzo di Weber di utilizzare la scienza dei dati per comprendere meglio come i vari gas serra, tra cui azoto e anidride carbonica, influenzare i sistemi climatici globali.

Facendo attenzione al budget del metano

Ogni tre anni, un gruppo internazionale di scienziati del clima chiamato Global Carbon Project aggiorna il cosiddetto bilancio del metano. Il bilancio del metano riflette lo stato attuale della comprensione degli input e degli output nel ciclo globale del metano. È stato aggiornato l'ultima volta nel 2016.

"Il bilancio del metano ci aiuta a contestualizzare le emissioni umane di metano e fornisce una linea di base rispetto alla quale valutare i cambiamenti futuri, " Dice Weber. "Nei bilanci del metano passati, l'oceano è stato un termine molto incerto. Sappiamo che l'oceano rilascia naturalmente metano nell'atmosfera, ma non sappiamo necessariamente quanto."

Nel bilancio del metano, se un termine è incerto, aggiunge incertezza a tutti gli altri termini, e limita la capacità dei ricercatori di prevedere come potrebbe cambiare il sistema globale del metano. Per tale motivo, fornire una stima più accurata delle emissioni oceaniche di metano è stato per molti anni un obiettivo importante della ricerca sul ciclo del metano.

Ma, Weber dice, "non è facile." Perché l'oceano è così vasto, solo piccole porzioni sono state campionate per il metano, il che significa che i dati sono scarsi.

Passando ai modelli di machine learning

Per superare questo limite, Weber e Wiseman hanno compilato tutti i dati disponibili sul metano dall'oceano e li hanno inseriti in modelli di apprendimento automatico, algoritmi informatici progettati per il riconoscimento di schemi. Questi modelli sono stati in grado di riconoscere modelli sistematici nei dati del metano, consentendo ai ricercatori di prevedere quali potrebbero essere le emissioni, anche in regioni dove non sono state effettuate osservazioni dirette.

"Il nostro approccio ci ha permesso di definire il tasso di emissione oceanica globale in modo molto più accurato che mai, "dice Weber.

La versione più recente del bilancio del metano sarà rilasciata entro la fine dell'anno e incorpora i risultati del documento di Weber, dando ai ricercatori una migliore comprensione del ciclo del metano in tutto il sistema terrestre.

Dove si concentrano maggiormente le emissioni di metano oceanico?

Oltre a contribuire a una migliore comprensione del bilancio globale del metano, la ricerca ha prodotto altri due risultati interessanti:

-Primo, le acque costiere molto basse contribuiscono per circa il 50 percento alle emissioni totali di metano dall'oceano, nonostante costituisca solo il 5% dell'area oceanica. Questo perché il metano può fuoriuscire dai giacimenti di gas naturale lungo i margini continentali e può essere prodotto biologicamente in sedimenti anossici (impoveriti di ossigeno) sul fondo del mare. Nelle acque profonde, è probabile che il metano venga ossidato mentre percorre il suo lungo percorso dal fondo marino all'atmosfera. Ma in acque poco profonde, c'è una via rapida verso l'atmosfera e il metano fuoriesce prima che si ossidi. Weber sta attualmente collaborando con John Kessler, un professore di scienze della terra e dell'ambiente a Rochester, per risolvere le rimanenti incertezze nelle emissioni di metano costiere conducendo crociere di ricerca e sviluppando ulteriormente modelli di apprendimento automatico.

-Secondo, il metano presenta uno schema spaziale molto simile a quello dell'abbondanza di fitoplancton, che supporta una controversa ipotesi recente secondo cui il plancton produce metano nella superficie dell'oceano. In precedenza, gli scienziati credevano che il metano potesse essere prodotto solo nelle condizioni anossiche che si trovano sul fondo dell'oceano. "Le prove si stanno gradualmente accumulando per capovolgere quel paradigma, e il nostro giornale aggiunge un tassello importante, "dice Weber.

Ogni fonte naturale di metano è probabilmente sensibile anche ai cambiamenti climatici, ed è importante che i ricercatori dispongano di una linea di base accurata.

"Ci sono una serie di ragioni per credere che l'oceano potrebbe diventare una fonte più grande di metano in futuro, ma a meno che non abbiamo una buona stima di quanto emette in questo momento, non saremo mai per identificare quei cambiamenti futuri, "dice Weber.