Ko van Huissteden - Falw.vu
Ko van Huissteden - Falw.vu
Ko van Huissteden - Falw.vu
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Methaan uit de Permafrost<br />
<strong>Ko</strong> <strong>van</strong> <strong>Huissteden</strong><br />
vrije universiteit amsterdam<br />
faculty of earth and life sciences
Inhoud<br />
Methaan en permafrost:<br />
wat is het probleem?<br />
Onderzoek Vrije Universiteit in Siberië<br />
Een kijkje in het verleden<br />
Methaan uit Nederlandse permafrost?<br />
Conclusies<br />
met dank aan:<br />
Trofim Maximov<br />
Sergey Karsanaev<br />
Alexander <strong>Ko</strong>nonov<br />
Tatjana Strioekova<br />
Ayal Maksimov<br />
Stanislav Ksenofontov<br />
Frans-Jan Parmentier<br />
Michiel <strong>van</strong> der Molen<br />
Han Dolman<br />
Maarten <strong>van</strong> Hardenbroek<br />
Roxana Petrescu<br />
Cinzia Berritella<br />
Nardy Kip<br />
Angela Gallagher<br />
Artjom Budishchev<br />
Yanjiao Mi<br />
Ron Lootens<br />
Onderzoeks financiering:<br />
NWO<br />
Darwin Center<br />
Europeese Unie FP6,7 programs<br />
Vrije Univeristeit<br />
Russian Fed. Bureau of Research
Positieve terugkoppeling door methaan<br />
Klimaatverandering<br />
Methaan uit permafrost<br />
Smelten permafrost<br />
Het IPCC heeft dit niet opgenomen<br />
in de laatste klimaatprojecties <strong>van</strong>wege de onzekerheden!
Positieve terugkoppeling door methaan<br />
Globale temperatuur 2010<br />
32 o in de Siberische tundra<br />
2 o opwarming gemiddeld = 8 o opwarming in de arctische gebieden
Klimaat als niet-lineair systeem<br />
Lineair: reactie op verandering evenredig met de verandering<br />
CO 2<br />
→<br />
tijd→<br />
oceaan atmosfeer<br />
ijs<br />
klimaatsysteem<br />
temperatuur→<br />
tijd→<br />
CO 2<br />
→<br />
tijd→<br />
oceaan<br />
ijs<br />
atmosfeer<br />
klimaatsysteem met<br />
terugkoppelingen<br />
temperatuur→<br />
tijd→<br />
Niet Lineair: onevenredig sterke reacties; veranderingen in sprongen<br />
kleine verstoringen kunnen grote gevolgen hebben
Klimaat kan snel veranderen door<br />
positieve terugkoppelingen<br />
temperatuur<br />
Supersnelle klimaatverandering laatste IJstijd<br />
afgeleid uit IJskern Groenland<br />
Voorbeeld: snelle klimaatverandering tijdens de laatste ijstijd<br />
Versterkt door o.a. veranderingen in zeestromingen
Positieve terugkoppeling door methaan<br />
Permafrost: 24% <strong>van</strong> het landoppervlak Noordelijk halfrond<br />
permafrost bodems: 2 x zoveel koolstof als de atmosfeer<br />
opwarming: emissie <strong>van</strong> kooldioxide (CO 2<br />
) en vooral methaan (CH 4<br />
)<br />
Methaan = sterk broeikasgas 23 x zo sterk als CO 2
Wat is permafrost?<br />
Permanent bevroren bodem<br />
Alleen 's zomers een opdooilaag<br />
Continue permafrost<br />
Discontinue permafrost<br />
verticale doorsnede noord-zuid
Permafrost bodems zijn moerassig<br />
Door de bevroren ondergrond zakt het water niet weg
IJsrijke permafrost<br />
Permafrost bodems kunnen tot 90% ijs bevatten<br />
Onbevroren bodems hooguit 40% water!
Permafrost ijs: in het landschap<br />
'IJswiggen': krimpscheuren opge<strong>vu</strong>ld met ijs<br />
grootste bijdrage aan permafrost ijs<br />
'Dooimeer' , Thermokarst meer
Dooimeren<br />
Kytalyk<br />
Chokhurdakh<br />
Arctische laaglanden: veel dooimeren<br />
Actieve meren, inactief, gedraineerd<br />
Veel meren zijn ontstaan aan het einde <strong>van</strong> de laatste ijstijd
Waar komt het methaan <strong>van</strong>daan?<br />
1. Gashydraten: methaan in ijsvorm<br />
2. Afbraak <strong>van</strong> organische stof uit de permafrost<br />
3. Moerasgas
Waar komt het methaan <strong>van</strong>daan?<br />
1. Gashydraten: methaan en water in ijsvorm<br />
Voorwaarden: hoge druk, lage temperatuur: aan de onderkant <strong>van</strong> de<br />
permafrost op grotere diepte<br />
Opwarming: permafrost verdwijnt, gashydraat wordt gas
Waar komt het methaan <strong>van</strong>daan?<br />
2 Oude organische stof in de permafrost bodem<br />
veenlagen, plantenresten, dode fauna - inclusief mammoeten!<br />
permafrost bodem met organische stof en 30 000 jaar oude graswortels<br />
foto S.A. Zimov<br />
Opwarming: permafrost smelt, snelle afbraak naar CO 2<br />
en CH 4
Waar komt het methaan <strong>van</strong>daan?<br />
3. Moerasgas: evenwicht tussen productie en afbraak door bacteriën<br />
methaan<br />
in de atmosfeer<br />
CH 4<br />
zuurstof<br />
aanwezig<br />
afbraak door methaan<br />
etende bacteriën<br />
CH 4<br />
CH 4<br />
CH 4<br />
transport<br />
productie door methaan<br />
vormende bacteriën<br />
uit organisch afval<br />
compleet<br />
zuurstofloos
Balans <strong>van</strong> broeikasgas <strong>van</strong> moeras<br />
Opname CO 2<br />
door fotosynthese vegetatie<br />
Emissie CO 2<br />
door<br />
afbraak organische<br />
stof (respiratie)<br />
Emissie CH 4<br />
door<br />
afbraak organische stof<br />
CH 4<br />
: 23-25 x sterker broeikasgas dan CO 2
Onderzoeksstation Kytalyk<br />
Kytalyk<br />
Yakutsk<br />
Indigirka Laagland, NO Siberië<br />
Tundra vegetatie<br />
Permafrost<br />
Gemiddelde jaartemperatuur -14.3 o C<br />
Gemiddelde Juli 9.5 o C<br />
Gemiddelde Januari -34.6 o C
De reis
Meetmethoden<br />
Gasflux = hoeveelheid gas per vierkante meter per uur<br />
milligram / m 2 /uur<br />
Simpelste meetmethode: gesloten kamer<br />
concentratie methaan<br />
milligram / m 3<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
x<br />
Luchtdichte kamer<br />
Gasanalyse apparaat<br />
tijd (minuten)<br />
helling <strong>van</strong> de lijn = flux
Meetmethoden<br />
Eddy Correlatie<br />
turbulente wervelingen in de luchtstroming: tijdsduur in microseconden<br />
10 x per seconde een meting <strong>van</strong>:<br />
- verticale en horizontale windsnelheid<br />
- gasconcentratie (voor methaan kan dat pas sinds een paar jaar)<br />
Flux = statistische correlatie tussen verticale windsnelheid en gasconcentratie
Meetmethoden<br />
meteo mast<br />
meting windprofiel,<br />
temperatuur, luchtvochtigheid<br />
zonnestraling<br />
Eddy correlatie mast:<br />
windsnelheid met sonic anemometer<br />
CO2 met infrarood gasanalyzer<br />
CH4 met tuneable diode laser<br />
zonnepanelen
Resultaten<br />
Meeste methaan is moerasmethaan<br />
Riviervlakten zijn de grootste methaanbron<br />
In veenmos verdwijnt veel methaan<br />
Hoge methaan-emissies worden<br />
deels gecompenseerd door opname CO 2<br />
Smelten permafrost<br />
Ook oppervlakkig smelten <strong>van</strong> permafrost<br />
veroorzaakt hoge emissies <strong>van</strong> methaan en CO 2
Herkomst methaan: moerasgas<br />
Eddy correlatie metingen: sterke fluctuaties met windrichting<br />
natte tundra met<br />
smeltende ijswiggen<br />
en poelen:<br />
meeste methaan<br />
toren
Waar komt het methaan <strong>van</strong>daan?<br />
Transport: rol planten en bodem<br />
CO 2<br />
CO 2<br />
CO 2<br />
CH 4<br />
CH 4<br />
CH 4<br />
CH 4<br />
transport door<br />
planten<br />
transport door<br />
planten<br />
O 2<br />
CH 4<br />
oxidatie<br />
hoge<br />
CH 4<br />
productie<br />
CH 4<br />
oxidatie<br />
Zuurstof O 2 O2<br />
CH 4<br />
productie<br />
belletjes<br />
diffusie<br />
belletjes<br />
diffusie<br />
belletjes<br />
diffusie<br />
CH 4<br />
productie<br />
CH 4<br />
productie<br />
Lage waterspiegel<br />
Hoge waterspiegel<br />
Meer<br />
Lage methaan emissie<br />
Hoge methaan emissie
De tundra is niet overal hetzelfde<br />
Riviervlakte,<br />
Grassen, zegge, wollegras<br />
opdooilaag > 40 cm<br />
jaarlijks overstroomd<br />
Droge tundra op 'yedoma' heuvels en plateaus<br />
opdooilaag 30 - 50 cm<br />
ijswiggen<br />
veenmos<br />
Breek je benen tundra:<br />
Droge tundra met<br />
pollen wollegras<br />
Droog/nat tundra op voormalige meerbodem<br />
opdooilaag 20-40 cm<br />
zegge, wollegras in laagte<br />
'palsa met<br />
dwergberk
Meetmethoden<br />
Start metingen CO2 : April<br />
Zomercampagne: CO2, CH4<br />
Einde metingen CO2: Oktober
Methaan fluxen (kamers)<br />
droge<br />
riviervlakte<br />
natte<br />
riviervlakte<br />
droge<br />
tundra<br />
natte<br />
tundra<br />
1 Er komt meer methaan uit de riviervlakte dan uit de tundra (bij dezelfde waterstand)<br />
gemiddeld 7 x zoveel!<br />
2 Sterke verschillen tussen de jaren<br />
3 Lage fluxen uit veenmos vegetaties ondanks natte bodem
Riviervlakte is een 'hotspot'<br />
O 2<br />
transport door<br />
planten<br />
hoge<br />
CH 4<br />
productie<br />
belletjes<br />
diffusie<br />
CH 4<br />
productie<br />
Grassen, zegges, veel plantenmassa:<br />
veel productie <strong>van</strong> methaan<br />
snel transport<br />
Hoge waterspiegel
Weinig methaan uit tundra: veenmos<br />
Een Nederlandse ontdekking (Micobiologie Radboud Univirsiteit):<br />
veenmos heeft symbiose met methaan-oxyderende bacteriën<br />
fotosynthese<br />
CO 2<br />
CH 4<br />
+O 2<br />
CH 4<br />
In Kytalyk aantoonbaar:<br />
Vegetaties met veenmos 50% lagere methaanflux dan vegetaties met zegge<br />
± 30% <strong>van</strong> de tundra is begroeid met veenmos
CO 2<br />
fluxen meegerekend: evenwicht<br />
Hoge CH 4<br />
fluxen gecompenseerd<br />
door CO 2<br />
opname in vegetatie en bodem?<br />
CO 2<br />
CH 4<br />
NB voorlopige meetresultaten 2010
Broeikasgasbalans <strong>van</strong> de tundra<br />
Methaan en CO 2<br />
metingen gecombineerd<br />
Netto CH 4<br />
Netto CO 2<br />
'Global Warming Potential'<br />
gC.m -2 .d -1 gC.m -2 .d -1 g CO 2<br />
equivalent m -2 day -1<br />
2004 0.04±0.03 -1.66±0.34 -4.71±1.57<br />
2005 0.02±0.02 -1.61±0.64 -5.30±2.46<br />
2006 0.02±0.02 -1.28±0.77 -4.08±2.91<br />
Negatieve broeikasgas balans:<br />
de tundra rond de meettoren neemt<br />
netto broeikasgas uit de atmosfeer op!<br />
NB: dit geldt alleen voor<br />
het groeiseizoen<br />
Er zijn aanwijzingen voor<br />
hoge methaanemissies<br />
in het najaar
CH 4<br />
emissie buiten groeiseizoen: onzekerheid<br />
Mastepanov et al., 2009 (Nature):<br />
tundra op Noord Groenland heeft hoge CH 4<br />
emissie in het najaar<br />
ontsnappen opgeslagen CH4 uit de opdooilaag tijdens bevriezen?<br />
Nog niet gemeten in Kytalyk <strong>van</strong>wege logistieke problemen
Reactie moerassen op klimaat is ingewikkeld<br />
Warmer: hogere activiteit methaanbacteriën<br />
Natter: meer moeras<br />
Warmer: meer verdamping, drogere bodems, meer CO 2<br />
respiratie<br />
Warmer: meer opname CO 2<br />
door vegetatie<br />
Warmer: meer verdamping, drogere bodems, minder methaan<br />
Warmer: smelten permafrost, afvoer water beter, drogere bodems<br />
........
Toekomstige broeikasgas balans tundra<br />
fotosynthese opname CO 2<br />
Netto opname CO 2<br />
lengte groeiseizoen<br />
Bodem uitstoot CO 2<br />
Neemt de vegetatie in de toekomst meer CO 2<br />
op?<br />
CO 2<br />
metingen <strong>van</strong>af 2003:<br />
jaren met langer groeiseizoen:<br />
de opname door planten neemt iets toe,<br />
............maar de afbraak <strong>van</strong> organische stof in de bodem ook!<br />
CH 4<br />
: onzeker, maar toename waarschijnlijk<br />
hogere temperatuur →methaanvormende bacteriën actiever<br />
meer neerslag → nattere bodem, minder oxidatie?
Zijnriviervlakten de grootste methaanbron?<br />
Grote verschillen in waterstand per jaar<br />
Natte jaren: veel methaan ..... en de neerslag neemt toe, dus veel natte jaren
Effect <strong>van</strong> smeltende permafrost<br />
Poel met dode dwergberk<br />
Palsa (ijslens)<br />
met dwergberk<br />
Recente metingen:<br />
Hoge emissie <strong>van</strong><br />
zowel CO 2<br />
en CH 4<br />
oprukkende zeggevegetatie<br />
Ook oppervlakkig smelten <strong>van</strong> de permafrost<br />
veroorzaakt al meer broeikasgas!
Dankzij de koude oorlog weten we meer<br />
Recent satellietbeeld 0.5 m resolutie 'Keyhole' spionage satellietbeeld 1977<br />
lichte pixels in 1977 Keyhole beeld:<br />
Geen 'zwarte gaten', nu 3x zoveel als in 1977
Dooimeren<br />
Satellietbeelden 1977 en 2010<br />
Actieve uitbreiding ± 20 m in 33 jaar
Dooimeren<br />
Pionerswerk Katey Walther-Anthony (Alaska University):<br />
Methaan emissie <strong>van</strong> meren is gemeten door bellen te tellen in het ijs<br />
Schatting: 50-100 Megaton methaan door smeltende permafrost
Ontwikkeling dooimeren<br />
Verdwijnende meren<br />
niet bevroren<br />
grondwaterstroming mogelijk<br />
Ontstaan dooimeren<br />
permafrost<br />
Smith et al., 2005 Science 308<br />
Dooimeren hebben niet het eeuwige leven - Drainage door:<br />
- contact met rivieren<br />
- grondwaterstroming bij smelten <strong>van</strong> de permafrost
Dooimeren in Nederland<br />
Hengelo, aanleg A1:<br />
3 meerbodems boven elkaar, ouderdom tussen 28000 and 42000 jaar<br />
(midden laatste ijstijd)<br />
meersediment<br />
rivierzand<br />
dooimeer lagen: klei, leem<br />
veen, loess<br />
± 40-42.000<br />
met fossiele<br />
ijswig!<br />
- Veel organische stof is bewaard gebleven (niet omgezet in CO2 of CH4)<br />
- Siberische dooimeerafzettingen evenmin groot verlies aan organische stof
Conclusies<br />
Klimaatcatastrofe in Siberië?<br />
- De permafrost verandert echt<br />
- Dit versterkt de emissie <strong>van</strong> methaan en kooldioxide<br />
Zorgt dit voor een onbeheersbaar broeikaseffect?<br />
er zit een natuurlijke rem op het systeem<br />
maar we weten nog niet wanneer die gaat werken<br />
recent dooimeer in landbouwgrond<br />
bij Yakutsk<br />
Behalve broeikasgassen:<br />
Smeltende permafrost heeft ook<br />
andere nare gevolgen
'Tipping elements' in the klimaatsysteem<br />
Onderdelen <strong>van</strong> het systeem waar positieve terugkoppelingen<br />
drastische veranderingen kunnen veroorzaken
Conclusie<br />
Klimaat geeft aanleiding tot mediahypes en gebakken lucht<br />
daarom is klimaatonderzoek hard nodig<br />
...en meten is nog steeds weten!<br />
Klimaatonderzoek levert niet aleen maar ongewenste kennis
Change language