Methane Emissions from the Arctic OCean to the Atmosphere: Present and Future Climate Effects

Metan (CH4) er en klimagass med et globalt oppvarmingspotensial ~32 ganger sterkere enn CO2 over 100 år, og gassen bidrar betydelig til de siste økningene vi ser i global oppvarming. Siden 2007 har den atmosfærisk CH4 konsentrasjonen steget merkbart, men årsaken til dette forstår vi ikke fullt ut. Metanhydrater (MH) i sedimenter under havbunnen er én potensiell kilde til CH4 til atmosfæren, og vitenskapelige resultater viser variasjon i fluksen av CH4 som faktisk når atmosfæren. Slike metanhydrater kan potensielt påvirkes av at havet blir varmere, noe som igjen kan utløse en positiv tilbakekobling som fører til raskere klimaoppvarming. Resultatene fra MOCA-prosjektet forbedrer vår forståelse og kunnskap om virkningen av CH4 fra Arktiske havområder, nå og over de neste hundre årene. Vi har gjort fremskritt på de fleste av hovedspørsmålene. Det overordnede målet med MOCA var å "kvantifisere nåværende atmosfæriske effekter av metan fra gasshydrater under havbunn, og fremtidige potensielle klimapåvirkninger på en tidsskala som spenner fra tiår til hundrevis av år." For å nå disse målene brukte MOCA en kombinasjon av observasjoner i havet og i atmosfæren, integrert med global og regional modellering for både hav og atmosfære, for å tolke observasjonene og simulere fremtidige endringer og klimapåvirkninger i løpet av dette århundret. Innenfor MOCA identifiserte vi veldig lave flukser fra havet til atmosfæren i potensielle arktiske utslippsområder, og vi kunne gi utslippsestimater ved hjelp av modeller som utnyttet observasjonene. Fokusområdene for feltmålingene og de omfattende kampanjene i MOCA var vest for Prins Karls Forland, men også sør og nord for Svalbard og sørvestlig del i Barentshavet. Vi fant svært lave utslipp av CH4 fra kilder på havbunnen som når atmosfæren per i dag. Denne lave fluksen påvirker ikke klimaet i særlig grad nå, og vil ifølge realistiske klimaprojeksjoner heller ikke gjøre det i løpet av de neste 100 årene. Vi konkluderte med at denne viktige påstanden er gyldig også dersom vi inkluderer en større del av det arktiske havområdet. Videre identifiserte vi andre regioner som svært interessante, hvor vi mener å se tegn til utslipp av CH4 til atmosfæren, både nord for Svalbard og i sørvest-Barentshavet. Vi oppdaget høye konsentrasjoner av CH4 over havbunnen, selv om lite når overflatelaget og atmosfæren. Det er stor usikkerhet vedrørende CH4-variasjonene og hva som skjer med CH4 i havet. Dette er viktig å undersøke videre, både årlige variasjoner, påvirkning av sjøis og sjøisdekning, vind- og havdybde. MOCA har bidratt til reviderte verdier for strålingspådrivet av metan. De nye estimatene gir 25% sterkere CH4-pådriv enn det som ble angitt i den forrige IPCC-rapporten, noe som øker metans relative betydning som klimagass. Dette gjør også fremtidige klimaendringer mer følsomme for endringer i CH4-utslippene. MOCA har også gitt oss langt større forståelse av etanbudsjettet, inkludert oseaniske og geologiske kilder, og har ført til nye estimater av disse. Vi har vist at naturlige geologiske utslipp, samt 2-3 ganger høyere antropogene fossile utslipp, er nødvendig for å reprodusere observasjoner både i pre-industriell tid og nåværende konsentrasjoner.

Methane hydrates (MH) in ocean seabed sediments are a potential source of methane (CH4) to the atmosphere, where CH4 acts as a powerful greenhouse gas. MHs are potentially susceptible to ocean warming, which could trigger a positive feedback resulting in rapid climate warming. MOCA will use advanced measurements to quantify the present atmospheric impact of CH4 from MHs, and simulate the future potential climate effects focused on 2050 and 2100. MOCA is an interdisciplinary project employing measurement c ampaigns and powerful modeling tools involving international collaborations. The project is expected to generate new knowledge about the climate using Svalbard as an experimental test bed to study central polar processes that have potential to impact the entire Earth system and change climate In work package (WP) 1 will MOCA combine land-, ship- and aircraft-based measurements in coordinated campaigns to improve the description of the current environmental state of the Svalbard region. MOCA will quantify the present-day CH4 emissions from the seabed west of Prince Carl Forland and identify main influences on the proportion that enters the atmosphere. The extensive measurements in MOCA will improve the knowledge on the overall activity of the marine seep s ites offshore Svalbard. The activity will generate CH4 emission estimates related to MH in the Arctic Ocean. Coordinated measurement effort is particular useful around Svalbard where current scientific results show a diversity in whether CH4 from MH reach the atmosphere. The detailed observation and process-based studies in WP1 will be up-scaled spatially over the Arctic region and for future time periods in WP2. In WP3, the radiative forcing (direct and indirect effects) and climate impact from MH-based CH4 emissions will be calculated under present-day atmospheric composition and realistic future temperature scenarios. The potential of the biogeochemical cycle as a strong feedback mechanism will be investigated.