O metano é um potente gás de efeito estufa que está sendo adicionado à atmosfera por meio de processos naturais e atividades humanas, como produção de energia e agricultura.

Para prever os impactos das emissões humanas, os pesquisadores precisam de uma imagem completa do ciclo do metano da atmosfera. Eles precisam saber o tamanho das entradas - naturais e humanas - bem como as saídas. Eles também precisam saber por quanto tempo o metano reside na atmosfera.

Para ajudar a desenvolver esse entendimento, Tom Weber, professor assistente de ciências terrestres e ambientais na Universidade de Rochester; pesquisador de graduação Nicola Wiseman '18, agora um estudante de pós-graduação na Universidade da Califórnia, Irvine; e sua colega Annette Kock do GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research na Alemanha, usou ciência de dados para determinar quanto metano é emitido do oceano para a atmosfera a cada ano. Seus resultados, publicado no jornal Nature Communications , preencher uma lacuna de longa data na pesquisa do ciclo do metano e ajudará os cientistas do clima a avaliar melhor a extensão das perturbações humanas. O estudo faz parte do esforço de Weber em usar a ciência de dados para entender melhor como os vários gases do efeito estufa, incluindo nitrogênio e dióxido de carbono, afetam os sistemas climáticos globais.

Cuidando do orçamento de metano

A cada três anos, um grupo internacional de cientistas do clima chamado Global Carbon Project atualiza o que é conhecido como orçamento de metano. O orçamento do metano reflete o estado atual de compreensão das entradas e saídas do ciclo global do metano. Foi atualizado pela última vez em 2016.

"O orçamento de metano nos ajuda a colocar as emissões humanas de metano no contexto e fornece uma linha de base para avaliar as mudanças futuras, "Diz Weber." Em orçamentos de metano anteriores, o oceano tem sido um termo muito incerto. Sabemos que o oceano libera metano naturalmente para a atmosfera, mas não sabemos necessariamente quanto. "

No orçamento de metano, se um termo é incerto, adiciona incerteza a todos os outros termos, e limita a capacidade dos pesquisadores de prever como o sistema global de metano pode mudar. Por essa razão, chegar a uma estimativa mais precisa das emissões oceânicas de metano tem sido uma meta importante da pesquisa do ciclo do metano por muitos anos.

Mas, Weber diz, "não é fácil." Porque o oceano é tão vasto, apenas pequenas porções dele foram amostradas para metano, o que significa que os dados são escassos.

Mudando para modelos de aprendizado de máquina

Para superar essa limitação, Weber e Wiseman compilaram todos os dados de metano disponíveis do oceano e os inseriram em modelos de aprendizado de máquina - algoritmos de computador projetados para reconhecimento de padrões. Esses modelos foram capazes de reconhecer padrões sistemáticos nos dados de metano, permitindo que os pesquisadores prevejam quais serão as emissões, mesmo em regiões onde nenhuma observação direta foi feita.

"Nossa abordagem nos permitiu definir a taxa de emissão global do oceano com muito mais precisão do que nunca, "Diz Weber.

A mais nova versão do orçamento do metano será lançada no final deste ano e incorpora os resultados do artigo de Weber, dando aos pesquisadores uma melhor compreensão de como o metano circula em todo o sistema terrestre.

Onde as emissões de metano do oceano estão mais concentradas?

Além de contribuir para uma melhor compreensão do orçamento global de metano, a pesquisa rendeu duas outras descobertas interessantes:

-Primeiro, águas costeiras muito rasas contribuem com cerca de 50 por cento das emissões totais de metano do oceano, apesar de representar apenas 5 por cento da área do oceano. Isso porque o metano pode vazar dos reservatórios de gás natural ao longo das margens continentais e pode ser produzido biologicamente em sedimentos anóxicos (sem oxigênio) no fundo do mar. Em águas profundas, é provável que o metano seja oxidado ao percorrer sua longa rota desde o fundo do mar até a atmosfera. Mas em águas rasas, há uma rota rápida para a atmosfera e o metano escapa antes de ser oxidado. Weber está atualmente colaborando com John Kessler, professor de ciências terrestres e ambientais em Rochester, para resolver as incertezas restantes nas emissões costeiras de metano, conduzindo cruzeiros de pesquisa e desenvolvendo modelos de aprendizado de máquina.

-Segundo, o metano exibe um padrão espacial muito semelhante ao da abundância do fitoplâncton, que apóia uma hipótese recente controversa de que o plâncton produz metano na superfície do oceano. Anteriormente, os cientistas acreditavam que o metano só poderia ser produzido nas condições anóxicas encontradas no fundo do oceano. "As evidências estão se acumulando gradualmente para derrubar esse paradigma, e nosso artigo adiciona uma peça importante, "Diz Weber.

Cada fonte natural de metano é provavelmente sensível às mudanças climáticas também, e é importante que os pesquisadores tenham uma linha de base precisa.

“Há uma série de razões para acreditar que o oceano pode se tornar uma fonte maior de metano no futuro, mas a menos que tenhamos uma boa estimativa de quanto ele emite agora, nunca seremos para identificar essas mudanças futuras, "Diz Weber.