Die KI-Analyse von Satellitenbildern zeigt, dass der Zusammenbruch der UdSSR in den 1990er Jahren trotz geringerer Öl- und Gasproduktion zu erhöhten Methanemissionen führte

Der Zusammenbruch der ehemaligen Sowjetunion im Jahr 1991 hatte weltweit soziale, politische und wirtschaftliche Auswirkungen. Darunter befand sich auch eine mutmaßliche Rolle bei der Verlangsamung der vom Menschen verursachten Methanemissionen. Bis etwa 1990 stieg der Methangehalt in der Atmosphäre stetig an. Atmosphärenforscher stellten die Theorie auf, dass der wirtschaftliche Zusammenbruch in der ehemaligen UdSSR zu einer geringeren Öl- und Gasproduktion und damit zu einer Verlangsamung des Anstiegs des weltweiten Methangehalts führte, der seitdem wieder zugenommen hat.

Doch neue Forschungsergebnisse der University of Washington widerlegen diese Annahme anhand früher Satellitenaufzeichnungen. Der Studieveröffentlicht in der Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaftenstellt fest, dass die Methanemissionen in Turkmenistan, einer ehemaligen Sowjetrepublik und einem großen Ölproduzenten, in den Jahren nach der Auflösung der Sowjetunion tatsächlich zugenommen haben.

„Methan hat diese rätselhaften Trends, die wir nicht wirklich verstehen“, sagte der leitende Autor Alex Turner, Assistenzprofessor für Atmosphärenwissenschaften an der UW. „Eines, das schon immer faszinierend war, ist diese Verlangsamung im Jahr 1992. Wir stellen fest, dass der Zusammenbruch der Sowjetunion überraschenderweise zu einem Anstieg der Methanemissionen zu führen scheint.“

Kohlendioxid ist für die langfristige globale Erwärmung wichtiger als Methan, kurzfristig spielt Methan jedoch eine wichtige Rolle. Ein Molekül Methan hat eine größere Wärmespeicherfähigkeit als CO2 und seine Halbwertszeit in der Atmosphäre beträgt nur ein Jahrzehnt, was bedeutet, dass seine Konzentration schwanken kann.

In den letzten Jahren beschleunigte sich der Anstieg von Methan während der COVID-19-Lockdowns. Turners frühere Forschungen zeigten, dass weniger Fahren und damit weniger Fahrzeugemissionen, die reaktiven Stickstoff (einen Luftschadstoff) enthalten, wahrscheinlich eine Rolle spielten, da die Verschmutzung nicht mehr in der Lage war, sich mit Methanmolekülen zu verbinden, um sie aus der Atmosphäre zu entfernen.

Die neue Studie untersucht ein längerfristiges Rätsel: eine abrupte Verlangsamung des Anstiegs der Methankonzentration in der Atmosphäre im Jahr 1992.

Die Quellen von Methan können schwer zu entschlüsseln sein, da sie sowohl natürliche Quellen wie Feuchtgebiete als auch vom Menschen verursachte Quellen wie fossile Brennstoffe, Mülldeponien, Viehverdauung und Gülle umfassen. Auch bei der Gewinnung anderer fossiler Brennstoffe können Methangasblasen austreten. Methan wird manchmal sogar verbrannt oder abgefackelt, wenn es nicht das Hauptziel der Exploration ist.

Die neue Studie konzentrierte sich auf Turkmenistan, ein zentralasiatisches Ölförderland, dessen Wirtschaftsdaten zeigen, dass die Gasproduktion zwischen 1991 und 1998 um 85 % zurückgegangen ist. Dieser starke Rückgang lässt darauf schließen, dass es eine wichtige Rolle beim allgemeinen Rückgang der Energieproduktion in der Region gespielt hat. Außerdem verfügt das Land über einen relativ geringen Baumbestand, was es zu einem guten Kandidaten für Satellitenbeobachtungen macht.

Die Autoren verwendeten Bilder von Turkmenistan, die vom NASA-Satelliten Landsat-5 aufgenommen wurden, einem der ersten Erdbeobachtungssatelliten. Erstautor Tai-Long He, ein Postdoktorand in Atmosphärenwissenschaften an der UW, und Co-Autor Ryan Boyd, ein ehemaliger UW-Student, identifizierten Methanemissionen in Satellitenbildern und trainierten dann ein KI-Modell, um ähnliche Methanfahnen in den gesamten Daten zu katalogisieren Satz.

„Unser Fachgebiet verfügt über viele Datensätze, aber wir verfügen nicht über sehr effiziente Tools, um sie zu analysieren“, sagte He. „Dies wird in Zukunft noch schlimmer werden, wenn mehr Satelliten gestartet werden. Deshalb brauchen wir die Hilfe von KI, um unser Verständnis atmosphärischer Phänomene zu verbessern.“

Ihre Technik identifizierte im 25-Jahres-Zeitraum von 1986 bis 2011 776 Methanfahnen. Die Analyse zeigt, dass die Methanfahnen nach 1991 größer und häufiger wurden, als die Wirtschaftsdaten für Turkmenistan einen Rückgang der Gasproduktion zeigten. In einigen Öl- und Gasbecken tauchten in der Zeit nach dem Kollaps in 80 bis 100 % der Bilder bei klarem Himmel Methanfahnen auf.

Die Autoren spekulieren, dass die Gründe dafür unter anderem eine fehlerhafte Infrastruktur, defekte Komponenten, eine geringere Aufsicht über Öl- und Gasquellen und weniger Exportrouten sein könnten, was zu einer bewussteren oder unbeabsichtigteren Entgasung führte.

„Das Jahr 1994 ist das Jahr mit den größten Methanemissionen“, sagte Turner. „Das ist faszinierend, denn das ist das Jahr, in dem Russland Turkmenistan verweigerte, Gas durch seine Pipelines zu europäischen Märkten zu pumpen. Wir glauben also, dass die Gasproduktion immer noch einigermaßen hoch war, aber sie konnten ihr Gas an niemanden verkaufen, was zu mehr Methanausstoß führte.“ zur Atmosphäre.

Die Autoren vermuten, dass die übrigen ehemaligen Sowjetrepubliken ähnliche Trends wie Turkmenistan zeigen würden, können es aber noch nicht mit Sicherheit sagen.

„Im weiteren Sinne stellt sich die Frage, was die Verlangsamung des atmosphärischen Methans in den 1990er Jahren verursacht hat“, sagte Turner. „Ich weiß es eigentlich nicht. Aber als wir mit dieser Arbeit begannen, erwartete ich, die Hypothese zu bestätigen. Es war also ein ziemlich überraschendes Ergebnis.“

Der andere Co-Autor ist Daniel Varon, ein Forschungswissenschaftler an der Harvard University. Boyd ist jetzt Doktorand an der Princeton University.