Le méthane est un puissant gaz à effet de serre qui est ajouté à l'atmosphère par des processus naturels et des activités humaines, comme la production d'énergie et l'agriculture.

Prédire les impacts des émissions humaines, les chercheurs ont besoin d'une image complète du cycle du méthane dans l'atmosphère. Ils ont besoin de connaître la taille des intrants, tant naturels qu'humains, ainsi que les extrants. Ils ont également besoin de savoir combien de temps le méthane réside dans l'atmosphère.

Pour aider à développer cette compréhension, Tom Weber, professeur assistant en sciences de la terre et de l'environnement à l'Université de Rochester; chercheur de premier cycle Nicola Wiseman '18, maintenant étudiant diplômé à l'Université de Californie, Irvine; et leur collègue Annette Kock du GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research en Allemagne, utilisé la science des données pour déterminer la quantité de méthane émise par l'océan dans l'atmosphère chaque année. leurs résultats, publié dans la revue Communication Nature , comblera une lacune de longue date dans la recherche sur le cycle du méthane et aidera les climatologues à mieux évaluer l'étendue des perturbations humaines. L'étude fait partie des efforts de Weber pour utiliser la science des données pour mieux comprendre comment divers gaz à effet de serre, y compris l'azote et le dioxyde de carbone, affecter les systèmes climatiques mondiaux.

Attention au budget méthane

Tous les trois ans, un groupe international de climatologues appelé Global Carbon Project met à jour ce que l'on appelle le bilan du méthane. Le bilan du méthane reflète l'état actuel de la compréhension des entrées et sorties dans le cycle mondial du méthane. Il a été mis à jour pour la dernière fois en 2016.

« Le bilan du méthane nous aide à situer les émissions humaines de méthane dans leur contexte et fournit une base de référence par rapport à laquelle évaluer les changements futurs, " Weber dit. " Dans les budgets de méthane passés, l'océan a été un terme très incertain. Nous savons que l'océan libère naturellement du méthane dans l'atmosphère, mais nous ne savons pas nécessairement combien.

Dans le budget du méthane, si un terme est incertain, il ajoute de l'incertitude à tous les autres termes, et limite la capacité des chercheurs à prédire comment le système mondial du méthane pourrait changer. Pour cette raison, parvenir à une estimation plus précise des émissions océaniques de méthane est un objectif important de la recherche sur le cycle du méthane depuis de nombreuses années.

Mais, Weber dit, "ce n'est pas facile." Parce que l'océan est si vaste, seules de petites portions ont été échantillonnées pour le méthane, les données signifiantes sont rares.

Se tourner vers des modèles d'apprentissage automatique

Pour surmonter cette limite, Weber et Wiseman ont compilé toutes les données disponibles sur le méthane de l'océan et les ont intégrées dans des modèles d'apprentissage automatique, des algorithmes informatiques conçus pour la reconnaissance de formes. Ces modèles ont pu reconnaître des modèles systématiques dans les données sur le méthane, permettant aux chercheurs de prédire quelles sont les émissions susceptibles d'être, même dans les régions où aucune observation directe n'a été faite.

"Notre approche nous a permis de déterminer le taux d'émission océanique mondial beaucoup plus précisément que jamais auparavant, ", dit Weber.

La dernière version du budget du méthane sera publiée plus tard cette année et intègre les résultats de l'article de Weber, donnant aux chercheurs une meilleure compréhension du cycle du méthane dans le système terrestre.

Où les émissions de méthane des océans sont-elles les plus concentrées ?

En plus de contribuer à une meilleure compréhension du bilan global du méthane, la recherche a donné deux autres résultats intéressants :

-D'abord, les eaux côtières très peu profondes contribuent à environ 50 pour cent des émissions totales de méthane de l'océan, bien qu'il ne représente que 5 pour cent de la superficie de l'océan. En effet, le méthane peut s'échapper des réservoirs de gaz naturel le long des marges continentales et peut être produit biologiquement dans des sédiments anoxiques (appauvris en oxygène) au fond de la mer. Dans les eaux profondes, le méthane est susceptible d'être oxydé au fur et à mesure qu'il parcourt son long trajet du fond marin à l'atmosphère. Mais dans les eaux peu profondes, il y a une voie rapide vers l'atmosphère et le méthane s'échappe avant qu'il ne soit oxydé. Weber collabore actuellement avec John Kessler, professeur de sciences de la terre et de l'environnement à Rochester, résoudre les incertitudes restantes concernant les émissions de méthane côtières en menant des croisières de recherche et en développant davantage des modèles d'apprentissage automatique.

-Seconde, le méthane présente un schéma spatial très similaire à celui de l'abondance du phytoplancton, qui soutient une hypothèse récente controversée selon laquelle le plancton produit du méthane dans l'océan de surface. Précédemment, les scientifiques pensaient que le méthane ne pouvait être produit que dans les conditions anoxiques trouvées au fond de l'océan. "Les preuves s'accumulent progressivement pour renverser ce paradigme, et notre papier ajoute une pièce importante, ", dit Weber.

Chaque source naturelle de méthane est probablement également sensible au changement climatique, et il est important pour les chercheurs d'avoir une base de référence précise.

"Il y a un certain nombre de raisons de croire que l'océan pourrait devenir une plus grande source de méthane à l'avenir, mais à moins que nous ayons une bonne estimation de combien il émet en ce moment, nous ne serons jamais à identifier ces futurs changements, ", dit Weber.