alt=|vignette|redresse=1.2|Méthane mesuré par l'Advanced Global Atmospheric Gases Experiment dans la basse atmosphère (troposphère) dans des stations du monde entier. Données sous forme de fractions molaires moyennes mensuelles sans pollution, en parties par milliard. alt=|vignette|redresse=1.2|Modèles informatiques montrant la quantité de méthane (parties par million en volume) à la surface (en haut) et dans la stratosphère (en bas).. vignette|Concentration moyenne mondiale du méthane dans l'atmosphère terrestre entre juillet 1983 et février 2024, selon la National Oceanic and Atmospheric Administration.
Le méthane atmosphérique désigne la quantité de méthane présent dans l'atmosphère terrestre. C'est un indicateur environnemental important car il est un gaz à effet de serre ayant un potentiel de réchauffement global élevé et une concentration importante : en 2023, il est responsable de 16 à 25 % du réchauffement de la planète. Comme le dioxyde de carbone, il est cette concentration en hausse régulière depuis plusieurs décennies, passant de parties par milliard (ppb) à l'époque préindustrielle à en 2023 et en janvier 2024. Alors que le a augmenté de 51 % par rapport à son niveau préindustriel, celui du méthane s'est accru de 260 % dans le même temps ; il colonise l'atmosphère plus vite que le et son taux dans l'air grandit plus vite que ceux de que n’importe quel autre gaz à effet de serre majeur (il est maintenant 2,6 fois plus élevé qu’à l’époque préindustrielle) ; et il n'a jamais été aussi élevé depuis au moins . Sa concentration dans l'air a augmenté plus vite de 2018 à 2023 qu'au cours de n'importe quelle période depuis le début de l'enregistrement des données. Cette augmentation participe au changement climatique anthropique actuel. Il provient de diverses activités humaines, comme l'élevage du bétail, l'exploitation d'énergies fossiles (gaz de schiste notamment) et la riziculture. Et dans la nature et les agrosystèmes, ses émissions sont amplifiées, dans une boucle de rétroaction positive, par le réchauffement climatique d'origine anthropique.
Sa source naturelle principale est la méthanogenèse ayant lieu dans les zones humides. Son puits naturel principal est la réaction avec les radicaux hydroxyles dans la troposphère.
Effets du méthane sur l'atmosphère
Méthane comme gaz à effet de serre vignette|Corrélation entre la concentration de méthane dans l'atmosphère et la température moyenne terrestre.
Le méthane présent dans l'atmosphère terrestre est un puissant gaz à effet de serre : en 2023, il est responsable de 16 à 25 % du réchauffement globalIPCC & Masson-Delmotte, V. (eds). Climate Change 2021: The Physical Science Basis. In Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change (Cambridge University Press, 2021)..
Son potentiel de réchauffement global (PRG) est supérieur à celui du sur une période de . C'est-à-dire que sur une période de , il piège plus de chaleur par unité de masse que le dioxyde de carbone () et plus si l'on tient compte des interactions avec les aérosols.
Le méthane n'est pas un gaz aussi persistant dans l'atmosphère que le (en supposant que les taux de piégeage du carbone ne changent pas) et son PRG est d'environ 28 sur une période de . C'est-à-dire que sur une période de , il piège plus de chaleur par unité de masse que le , en supposant que les taux de piégeage du carbone restent constants.
Le méthane a un effet important mais pendant une période relativement brève. La durée de vie moyenne d'une molécule de méthane dans l'atmosphère est estimée à par la Environmental Protection Agency, et à par le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC). La durée de vie moyenne des perturbations provoquée par une molécule de méthane dans l'atmosphère est elle estimée par le GIEC à .
En plus de l'effet de chauffage direct et des rétroactions normales, le méthane se décompose en dioxyde de carbone et en eau. Cette eau est souvent au-dessus de la tropopause où peu d'eau arrive habituellement. Les nuages d'eau et de glace, lorsqu'ils se forment à des températures stratosphériques inférieures froides, sont extrêmement efficaces pour renforcer l'effet de serre atmosphérique. Il existe une possibilité que de fortes augmentations du méthane puissent conduire à un réchauffement, à venir, qui augmenterait de manière non linéaire avec la concentration de méthane.
En 2016, le méthane contribuait au forçage radiatif de , soit environ 20 % du forçage radiatif total de tous les gaz à effet de serre à longue durée de vie, mélangés au niveau mondial.
Effet sur la couche d'ozone Le méthane pourrait aussi ralentir la résorption de la dégradation de la couche d'ozone. En effet, quand le méthane est oxydé dans la stratosphère, de l'eau y est produite. Ce phénomène est responsable d'un tiers de l'augmentation en concentration en eau observée dans la couche d'ozone, le réchauffement climatique étant responsable du reste. L'eau est ensuite dégradée, relâchant des molécules pouvant détruire l'ozone.
La concentration du méthane dans la stratosphère a augmenté de entre 1978 et 2003.
Concentration de méthane dans l'atmosphère
Concentration actuelle thumb|left|Part respective des gaz à effet de serre GES dans le monde en 2022 (le méthane est en orange) Selon la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), la concentration moyenne mondiale de méthane dans l'atmosphère en 2023 est de . Elle est plus élevée que la concentration enregistrée depuis .
Tendances (pré-)historiques
Tendances préhistoriques Au début de l'histoire de la Terre, alors que le soleil est plus petit et moins chaud, le dioxyde de carbone et le méthane composaient l'essentiel de l'atmosphère terrestre, entretenant un constant effet de serre : le dioxyde de carbone était produit par les volcans et une quantité croissante de méthane a été produit par les premiers microbes. Ces paléobactéries produisaient du méthane en convertissant l'hydrogène et le dioxyde de carbone en méthane et en eau. D'après cette chronologie, l'oxygène ne devient une partie essentielle de l'atmosphère terrestre qu'après l'évolution d'organismes photosynthétiques, plusieurs millions d'années plus tard. Sans oxygène, le méthane stagne dans l'atmosphère plus longtemps et à des concentrations plus élevées qu'aujourd'hui.
Tendances historiques alt=|vignette|redresse=1.2|Compilation de données paléoclimatologiques du méthane sur . Les cycles d'insolation du méthane de la carotte de glace sont restés stables et prévisibles jusqu'à il y a environ , avec récemment des hausses imprévisibles très probablement d'origine anthropique. Ruddiman suggère que la transition des humains des chasseurs-cueilleurs vers l'agriculture a été le premier cas d'humains affectant la concentration de méthane dans l'atmosphère. Cette hypyothèse est étayée par le fait que l'irrigation précoce du riz s'est produite il y a environ , au moment même où les cycles des carottes de glace ont perdu leur prévisibilité. En raison de l'inefficacité des humains à apprendre d'abord à cultiver le riz, de vastes rizières auraient été nécessaires pour nourrir même une petite population. Celles-ci, inondées et remplies de mauvaises herbes, auraient abouti à d'énormes zones humides émettant du méthane.
Depuis les années 1800, les concentrations atmosphériques de méthane ont augmenté annuellement à un taux moyen d'environ 0,9 %. La concentration moyenne mondiale de méthane dans l'atmosphère terrestre a augmenté d'environ 150 %, passant de en 1750 à en 2011.
vignette|redresse=1.2|Augmentation annuelle de la moyenne mondiale du méthane atmosphérique depuis 2004. Les mesures atmosphériques à long terme du méthane par la NOAA montrent que l'accumulation de méthane atmosphérique s'est stabilisée au cours de la décennie 1995-2005, après avoir presque triplé depuis l'époque préindustrielle. Bien que les scientifiques n'aient pas encore déterminé ce qui a causé cette réduction du taux d'accumulation de méthane atmosphérique, il semble que cela pourrait être dû à la réduction des émissions industrielles et à la sécheresse dans les zones humides.
Des exceptions à cette baisse du taux de croissance se sont produites en 1991 et 1998 lorsque les taux de croissance ont soudainement augmenté à par an pour ces années, presque le double des taux de croissance des années précédentes.
Le pic de 1991 serait dû à l'éruption volcanique du mont Pinatubo en juin de la même année. Les volcans affectent les émissions atmosphériques de méthane lorsqu'ils entrent en éruption, libérant des cendres et du dioxyde de soufre dans l'air. En conséquence, la photochimie des plantes est affectée et l'élimination du méthane via le radical hydroxyle troposphérique est réduite. Cependant, ce taux de croissance a rapidement chuté en raison de la baisse des températures et de la réduction mondiale des précipitations.
La cause du pic de 1998 est incomplètement comprise : les scientifiques l'attribuent actuellement à une combinaison d'émissions accrues depuis des zones humides et rizières d'une part ; et à une combustion crrue de biomasse d'autre part. 1998 fut également l'année la plus chaude depuis le début de l'enregistrement des températures de surface, ce qui suggère que des températures anormalement élevées peuvent induire une émission naturelle plus élevée de méthane.
De 2000 à 2006, le taux de méthane atmosphérique a momentanément cessé d'augmenter.
De 2007 à 2009, il a recommencé à augmenter. Après une décennie de croissance quasi nulle des niveaux de méthane, « la moyenne mondiale du méthane atmosphérique a augmenté d'environ par an en 2007 et 2008. Au cours de la première moitié de 2009, la moyenne mondiale du CH4 atmosphérique était [approximativement] supérieure à ce qu'elle était en 2008, suggérant que l'augmentation se poursuivra en 2009 ».
De 2015 à 2019, des hausses toujours plus fortes des niveaux de méthane atmosphérique sont enregistrées.
Puis, selon la NOAA, le niveau mondial a continué d'augmenter, atteignant en 2021, c'est une croissance plus rapide 2018 à 2023 qu'au cours de n'importe quelle période depuis le début de l'enregistrement des données, avec un nouveau recrod () en janvier 2024 (où les 2/3 du atmosphérique proviennent d'émissions anthropiques). Alors que le a augmenté de 51 % par rapport à son niveau préindustriel, celui du méthane s'est dans le même temps accru plus vite (+260 %). Son taux dans l'air grandit plus vite que ceux de que n’importe quel autre gaz à effet de serre majeur (il est maintenant plus élevé qu’à l’époque préindustrielle).
Variations imprévisibles Les niveaux d'émissions de méthane augmentent globalement et de manière préoccupante, mais avec des variations locales et temporelles importantes, et à ce jour mal comprises et donc encore imprévisibles, notamment liées à la géographie, au climat local et à l'écologie des milieux. Pour les sources naturelles et anthropiques, le contexte mondial de hausse conjointe des températures, de l'érosion/dégradation des sols, de la turbidité des eaux, des cycles inondations/sécheresses et des niveaux d'eau) favorisent fréquemment l'anaérobiose et donc la production de méthane.
Cycles naturels du méthane Les émissions de méthane dans l'atmosphère sont directement liées à la température et à l'humidité. Ainsi, les changements environnementaux naturels des changements saisonniers agissent comme un contrôle majeur des émissions de méthane. De plus, même les changements de température le jour modulent la quantité de méthane produite et consommée par les écosystèmes.