La influencia del metano en el clima

Antón Uriarte, Geógrafo. El metano primitivo - Después del vapor de agua y del dióxido de carbono, el metano (CH4) es el gas invernadero más importante de la atmósfera. Sus cambios de concentración han repercutido —y repercuten hoy también— en la temperatura del aire.Algunos investigadores creen que la atmósfera primitiva de la Tierra estaba compuesta esencialmente de nitrógeno y de metano, como lo está actualmente la atmósfera de Titán, la luna mayor de Saturno. Hasta que el aire se oxigenó gracias a la actividad fotosintética de las cianobacterias —lo que ocurrió hace unos 2.500 millones de años— las moléculas de gas metano duraban largo tiempo en la atmósfera, lo que permitía que su concentración fuese entonces muy abundante (por el contrario, en la atmósfera oxigenada de hoy día una molécula de metano tiene una vida media de tan sólo doce años, debido a que se oxida y desaparece convertida en dióxido de carbono y agua: CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O; por eso ahora su concentración es muy pequeña: poco más de una millonésima parte de la composición del aire).En la atmósfera primitiva el metano atmosférico provenía, o bien de los gases volcánicos, o bien de bacterias metanogénicas del reino de las arqueas, que vivían en las condiciones sin oxígeno de aquella atmósfera primitiva (hoy esas bacterias, para las que el oxígeno es un veneno, están confinadas en algunos reductos anóxicos, como son los intestinos de los bóvidos o en los fangos de los campos inundados; por fermentación de los carbohidratos fabrican metano: 2CH₂O = CO₂ + CH₄ ).Una parte del metano producido era consumido por las propias arqueas. Otra parte quedaba enterrado en los sedimentos y una tercera parte, importante, se escapaba a la atmósfera, en donde se acumulaba y hacía que su concentración —y su efecto invernadero—, fuese considerable. Así, a pesar de que la intensidad de la energía solar en aquellos tiempos era mucho más baja que la actual, la abundancia de gases invernadero, y especialmente de metano, lograba que el planeta no se congelase.El metano y las glaciaciones.Las primeras evidencias que tenemos de glaciaciones en los continentes primitivos son del período Huroniano, entre hace unos 2.700 y 2.300 millones de años. Estas glaciaciones afectaron a gran parte de la Tierra y probablemente se debieron a que, debido a la aparición del oxígeno en cantidades importantes, el metano se oxidó, con lo que su concentración atmosférica disminuyó drásticamente. La disminución consecuente del efecto invernadero enfrió el planeta.Las glaciaciones mayores que ha conocido la Tierra llegaron más tarde, al final del Precámbrico, entre hace unos 750 y 580 millones de años. Y no fueron unas glaciaciones normales, sino probablemente las más intensas que ha habido nunca. Duraron varios millones de años cada una y existen pruebas geológicas de que afectaron a todos los continentes, de tal forma que las regiones heladas se extendieron hasta latitudes tropicales.Durante estas glaciaciones el planeta casi dejó de ser apto para la vida. En muchas series sedimentarias de localidades situadas entonces en los trópicos aparecen estratos geológicos con depósitos glaciales correspondientes a una fase tan fría que hace pensar que cesó la actividad biológica marina.¿Pero cómo acabaron estas gigantescas glaciaciones?Para algunos investigadores, la causa fue los escapes de metano del subsuelo marino (clatratos o hidratos de metano congelados) y no un supuesto aumento del dióxido de carbono debido a una presunta actividad volcánica. El que el culpable del calentamiento fuese el metano, y no el dióxido de carbono, se deduce del contenido muy bajo en carbono-13 de los carbonatos sedimentados justo al comienzo de las desglaciaciones. El bajo nivel de la concentración de carbono-13 en esos sedimentos carbonatados se debería a que hubo al final de la glaciación un aumento brusco de metano (por su origen biológico, el metano es pobre en carbono-13, a diferencia del CO2 volcánico, que no lo es).Figura 1. Valores de carbono-13 en diferentes reservorios. Los valores son muy negativos en la materia orgánica, tanto continental como marina. El metano, por su origen biológico es muy pobre en carbono-13. Por eso los períodos en los que el carbono sedimentado es pobre en este isótopo puede delatar la existencia de grandes escapes.Ese metano que se escapaba en episodios cataclísmicos provenía de los depósitos de clatratos o hidratos de metano. Estos depósitos consisten en gas metano que en tiempos normales queda enclaustrado en cristales de agua congelada, que rellena los espacios porosos de los sedimentos costeros de latitudes altas. También se encuentran hidratos de metano en el permafrost de regiones continentales, pero en menores cantidades. El metano provendría fundamentalmente de la descomposición bacteriana, metanogénica, de la materia orgánica que iba cayendo al fondo marino cuando todavía —antes de la glaciación— en el mar había vida (normalmente las burbujas del gas así formado suben y se escapan a la atmósfera, pero, en donde la temperatura del agua es muy baja, parte del metano puede quedar atrapado en cristales de hielo, rellenando los espacios porosos del subsuelo marino).Figura 2. Escape de metano del subsuelo marino en zonas polares. Tras permanecer encerrado en celdillas de hielo (clatratos), el calentamiento de las aguas o los derrumbes del fondo marino costero lo liberan al agua y a la atmósfera.Durante los últimos 500 millones de años ha habido otros episodios de calentamiento que se han atribuido también al escape masivo de metano y aún hoy existen enormes depósitos en muchas zonas del subsuelo marino.El metano desde la Ultima GlaciaciónEl análisis de las burbujas de aire atrapado en los hielos de Groenlandia y de la Antártida han permitido averiguar que durante los últimos 150.000 años la concentración atmosférica de metano ha ido variando de forma muy pareja a la evolución de la temperatura media planetaria. Su concentración aumenta abruptamente en los períodos cálidos y disminuye en los períodos fríos.Durante el Ultimo Máximo Glacial, hace 22.000 años la concentración de metano era la más baja, aproximadamente 0,35 ppm, y al final de la glaciación, al comienzo del Holoceno, se elevó a 0,70 ppm.Hay algunos investigadores que creen que el aumento antrópico que se observa desde mediados del Holoceno se remonta al inicio de la agricultura y, en especial, al del cultivo del arroz en campos encharcados hace 5.000 años. Según Ruddiman el incremento térmico causado por la agricultura (aumento del CO2 por deforestación, y del metano por regadíos) habría sido superior en la historia de la humanidad al causado por la industria (Kerr, 2004).Figura 3. Evolución de la concentración de metano en la atmósfera en los últimos 14.000 años, estimada a partir de sondeos en los hielos de Groenlandia y de la Antártida.Se supone que las emisiones biológicas de metano a la atmósfera son mayores cuando sobre la superficie terrestre existe más calor y más humedad. Entonces aumenta la metanogénesis, debido a la mayor actividad bacteriana. Por lo tanto se supone que el frío y la sequedad que acompaña a los períodos más fríos provocan una disminución de sus emisiones.Según la teoría tradicional, la evolución del metano en el transcurso de la Ultima Glaciación muestra fluctuaciones relacionadas con la fuerza de los monzones tropicales del hemisferio norte. Monzones más intensos crean humedales en algunas regiones de África y Asia que durante los períodos glaciales permanecen semiáridas, convirtiéndolas, temporalmente, en fuentes de gas metano. Por el contrario, la debilidad de los monzones provoca la vuelta a condiciones de sequedad y a una menor producción de metano, con lo que su concentración atmosférica se reduce en poco tiempo.Sin embargo, algunos modelos recientes discrepan con esta teoría según la cual existe una relación directa a escala global entre la cantidad de lluvia y la emisión de metano. Paradójicamente, si llueve demasiado, algunas extensiones pantanosas productoras de metano pasan a convertirse en lagos más profundos, en donde las burbujas del metano producido en el fondo son consumidas por otras bacterias metanotróficas antes de salir a la atmósfera.Por eso se cree que las variaciones de las condiciones tropicales no pueden ser la única causa de los cambios en la producción natural de metano. Lo que ocurre en las zonas de tundra de las latitudes altas y en las plataformas costeras del Ártico puede ser más importante. En los períodos cálidos, la descongelación de regiones anteriormente afectadas por permafrost encharca el suelo, las marismas se extienden y aquí y allá se forman turberas, que emiten metano intensamente.También es posible que, durante los períodos cálidos, parte del metano del permafrost, que permanece en el suelo enjaulado en cristales congelados de hielo, tras la fusión, se fugase a la atmósfera. En las plataformas sumergidas del Ártico, el calentamiento del agua podía provocar el descongelamiento y la desestabilización del fondo oceánico, bajo el cual existen grandes bolsas de este metano, dejándolo escapar al aire.El metano en la actualidadFigura 4. Concentración global estacional (en ppm) de metano desde Enero de 1978 hasta Junio de 2001Las razones son desconocidas. Algunos ligan esta desaceleración a cambios en la química atmosférica, que acelerarían la destrucción del metano (más ozono troposférico), y otros piensan más bien en una disminución de las emisiones. Quizás, mejoras en la utilización del agua en los campos de arroz asiáticos (menos encharcamientos) hayan contribuido a la modificación de la tendencia.Hay que tener en cuenta que, como hemos indicado, la vida media en la atmósfera del metano es muy corta. Por lo tanto, los desequilibrios que se producen entre su producción y su destrucción son rápidamente apreciables.La agricultura y la ganadería son una de las principales actividades humanas productoras de metano. Todos los años 400 millones de toneladas de metano son producidas por microbios que viven en condiciones anaeróbicas degradando la materia orgánica. Los medios en los que actúan estos microbios son muy variados: el estómago de un rumiante, el interior de un estercolero, un campo inundado para el cultivo de arroz o el fondo de una marisma. El cultivo del arroz sobre enormes extensiones encharcadas, favorece la metanogénesis en los barros de las tierras inundadas. También la prolífica cabaña mundial de animales rumiantes, en cuyos estómagos, por fermentación entérica, se produce ese gas ha contribuido al incremento: entre el 5 y el 10 % de la masa del alimento de una vaca se transforma en metano.Otra fuente antrópica de metano en el siglo XX han sido los escapes en las instalaciones defectuosas de extracción de gas natural (que en su mayor parte es metano, aunque sea más comercial y ecológico llamarle gas natural, como si el carbón y el petróleo no fuese naturales) y en los cientos de miles de kilómetros de gasoductos construidos para su transporte. El auge de la utilización energética del metano hará necesario la construcción de más pozos de extracción y de más gasoductos, pero es de esperar que las mejoras técnicas harán disminuir el despilfarro y las fugas a la atmósfera. También es de esperar que las técnicas agrícolas mejoren de tal forma que se necesiten en el futuro menos campos encharcados para producir los mismos o más alimentos. En definitiva es muy probable que el cese de la concentración de metano en la atmósfera se prolongue en el tiempo y que, incluso, comience pronto a disminuir.Referencias:

Blunier T., 2000, Frozen methane escapes from the sea floor, Science, 288, 68-69Chapellaz J. et al. 1990, Ice core record of atmospheric methane over the past 160,000 years, Nature, 345, 127Dällenbach A. et al. 2000, Changes in the atmospheric CH4 gradient between Greenland and Antarctica during the Last glacial and the transition to Holocene, Geophysical Research Letters, 27, 7, 1005-1008de Noblet-Decoudré N. et al., Indirect relationship between surface water budget and wetland extent, Geophysical Research Letters, 29, 4, 5-1/5-4Hyde W. et al., 2000, Neoproterozoic 'snowball Earth' simulations with a coupled climate/ice-sheet model, Nature, 405, 425-428Jacobsen S., 2001, Gas hydrates and deglaciations, Nature, 412, 691Wiechert U. 2002, Earth’s early atmosphere, Science, 298, 2341-2342

Kerr R., 2004, An early start for greenhouse warming?, Science, 303, 306-307