Het Nationaal Onderzoeksprogramma Broeikasgassen Veenweiden doet niet alleen onderzoek naar CO₂-emissies uit het veen, maar ook naar de emissies van de broeikasgassen lachgas en methaan. Om te ontrafelen welke factoren een rol spelen bij de vorming van methaanemissies is het NOBV op verschillende locaties in 2020 en 2021 begonnen met metingen met behulp van Eddy-Covariance masten. De eerste locatie was het lisdoddeveld in Zegveld, ondertussen zijn daar meerdere locaties bijgekomen. Op dit moment hebben we acht locaties waar met EC-masten continu aan methaanemissies wordt gemeten (drie sites met natuurlijke vegetatie, twee sites met lisdoddes, twee sites met waterinfiltratiesystemen op grasland en een nat grasland). Daarnaast zijn er mobiele metingen.

Waarom is het belangrijk om inzicht te krijgen in methaanemissies uit veenweiden? Methaan onderscheidt zich van CO₂ door een relatief korte levensduur in de atmosfeer (het wordt in de atmosfeer uiteindelijk weer afgebroken naar CO₂), maar een sterk opwarmende werking. Over een tijdsperiode van 100 jaar heeft methaan een global warming potential van 27 CO₂-equivalenten, wat betekent dat het opwarmend effect 27 keer sterker is dan dat van CO₂. Er wordt vaak gezegd dat methaanemissie minder erg is, omdat het sneller wordt afgebroken in de atmosfeer. Daar is echter al rekening mee gehouden in die factor van 27 CO₂-equivalenten over 100 jaar. Over een periode van 20 jaar is methaan een 80 keer sterker broeikasgas dan CO₂. Een toename van de jaarlijkse methaanemissie heeft dus op de korte termijn een relatief sterk effect op de opwarming, een afname van de jaarlijkse emissie zorgt voor een relatief grote beperking van de opwarming. Een CO₂-toename zorgt voor een meer langdurige opwarming. Daarom is het belangrijk bij het effect van klimaatmaatregelen in veenweiden ook methaan mee te nemen in de broeikasgasbalans. Hetzelfde geldt voor het broeikasgas lachgas, dat 273 keer sterker is dan CO₂ en qua afbraaksnelheid vergelijkbaar is met CO₂.

Bij vernatting van veenweidepercelen wordt de kans op methaanemissies groter. Op basis van de metingen tot nu toe blijkt dat methaanemissie toeneemt bij waterstanden boven 20 cm-mv. Een verklaring hiervoor is dat in het verzadigde gedeelte van de veenbodem methaan wordt gevormd via zuurstofloze afbraakprocessen, welke in de onverzadigde zone weer wordt afgebroken tot CO₂. Wanneer deze onverzadigde zone dun is, of afwezig, door hoge (grond)waterstanden kan methaan niet volledig worden afgebroken en ontsnapt het naar de atmosfeer.

Niet alleen de grondwaterstand (en fluctuaties hiervan) speelt een rol bij de emissies van methaan. Daarnaast zullen ook factoren als vegetatie, type veen, eventuele bemesting, pH en temperatuur een rol spelen. In het NOBV proberen we de onderliggende mechanismen te ontrafelen en te bepalen op wat voor manier deze factoren een rol spelen. Een paar voorbeelden van vegetatie eigenschappen die invloed kunnen hebben op de methaanemissies zijn de holle stengels van bijvoorbeeld lisdoddes die gassen kunnen transporteren, of de symbiose van veenmos met methaan-etende bacteriën.

Metingen van methaan binnen het NOBV worden in de komende tijd gebruikt om de mechanismen achter de emissies te ontrafelen. Op veel plekken is nog slechts één volledig meetjaar beschikbaar om een jaarbalans voor op te maken (voor alle meetsites is dit gedaan over 2022, de balans van 2023 wordt dit voorjaar/zomer geanalyseerd). De metingen laten tot nu toe zien dat veel variatie mogelijk is in methaanemissies, zowel tussen locaties als tussen meetjaren. Bij de lisdoddes in Zegveld waren de emissies in 2022 rond de 12 ton CO2-eq per ha. In de natuursites lagen de emissies voor dat jaar tussen de 8 en 15 ton CO2-eq per ha.  Er wordt op dit moment gewerkt aan de definitieve getallen met hun foutmarges, welke binnenkort in een wetenschappelijk paper worden gepubliceerd. Een deel van de resultaten is ook gepresenteerd in het NOBV-webinar van 3 juli 2023.

Wat het netto effect is van de methaanemissies op broeikasgassen is afhankelijk van de totale broeikasgasbalans. Hierin worden ook de CO₂-uitstoot, koolstofaanvoer en koolstofafvoer meegenomen. Op den duur komt hier ook lachgas bij. Komend jaar werkt het NOBV verder aan het opbouwen van mechanistisch begrip rondom de vorming van methaanemissies. Ook wordt er gewerkt aan het inbouwen van methaanvormende processen in het emissieregistratiesysteem SOMERS.

Hoeveel tijd is er verstreken?

Het antwoord lijkt misschien simpel: drie uur! Maar in werkelijkheid is het iets ingewikkelder. Het kan ook zo zijn dat er vijftien uur zijn verstreken, of zevenentwintig. Het zou zelfs kunnen dat de rechterklok een beeld is van negen uur eerder.

Dit is wat we noemen een ambigue meting. Er zijn een oneindig aantal oplossingen voor deze vraag, namelijk: , waar  een willekeurig heel getal is. Maar als er oneindig veel oplossingen zijn, betekent dat dan dat we de tijd niet met klokken kunnen bepalen? Natuurlijk niet, maar het betekent dat we wat aanvullende informatie nodig hebben om de meting eenduidig ​​te maken. Misschien weet u bijvoorbeeld dat het nog steeds dezelfde dag is en dat de zon nog op is, dus het is niet mogelijk dat er al meer dan 12 uur zijn verstreken.

Ook met radarinterferometrie (Interferometrische Synthetische Apertuur Radar, ook wel InSAR genoemd) lopen we tegen deze uitdaging aan. Verschillende radarsatellieten vliegen rond de aarde en maken herhaaldelijk opnamen van het aardoppervlak. Ze doen dit al sinds 1992, en inmiddels wordt elke paar dagen een nieuw beeld van Nederland opgenomen. De radar neemt namelijk de aarde waar in een hoek, de fase. Dus ook de lineaire (rechte) bodembeweging wordt in graden gemeten: de bodem beweegt tussen de -180° en 180°. Dat betekent dat de radarmetingen van bodembeweging, de fase, in de loop van de tijd resulteren in faseontwikkeling ofwel: phase wrapping (zie het linker figuur hieronder).

Kijk eens naar de linker grafiek hierboven. Metingen van een object dat met een langzame, lineaire snelheid beweegt, zullen uiteindelijk de drempel van 180° overschrijden en weer teruggaan naar -180°. Om de oorspronkelijke lineaire beweging te ontrafelen (zoals weergegeven in de rechtergrafiek) is het nodig de fase te ontrafelen: phase-unwrapping. Dit is een cruciale stap in de InSAR-analyse. Omdat ook hier sprake is van een oneindig aantal oplossingen, hebben we te maken met een ambigue vraag zoals die van de klok. Om dit ambiguïteitsprobleem op te lossen hebben we of aanvullende informatie nodig of moeten we aannames doen, zoals bij het probleem met de klok. De standaardmethode die voor InSAR wordt gebruikt, is de aanname dat het antwoord met de kleinste faseverandering het juiste is. Dat betekent dat we aannemen dat een verspringing van 2° logischer is dan een verspringing van 362°.

Deze aanpak is vaak goed te onderbouwen, maar we merken dat het niet werkt bij het monitoren van de Nederlandse veengebieden! Veengronden kunnen zo snel bewegen dat een grote opwaartse deining (zwel) met deze aanpak ook kan worden weergegeven als een kleinere neerwaartse inkrimping.

Om dit probleem op te lossen, heeft NWA-LOSS onderzoeker Philip Conroy (TU Delft) een ‘deep neural network’ (een type machine learning) getraind om te voorspellen of de bodem al dan niet omhoog of omlaag zou bewegen. Daarbij wordt gekeken naar neerslag, temperatuur en tijd van het jaar. Dit zijn de factoren waarvan we weten dat ze een sterk effect hebben op de korte termijn beweging (krimp en zwel) van veengronden. Op deze manier gebruiken we de schattingen van dit neural network als de benodigde aanvullende informatie bij de ‘phase unwrapping’. Zo hebben we het gebruik van InSAR mogelijk gemaakt voor het monitoren van de bodembeweging van de Nederlandse veengebieden.

Bekijk het volledige (open-access) artikel (Engels): Probabilistic Estimation of InSAR Displacement Phase Guided by Contextual Information and Artificial Intelligence

In voorjaar 2023 organiseert het NOBV we een webinar over LIDAR en InSar. De uitnodiging daarvoor volgt binnenkort. Wilt u meer weten over NWA-LOSS? Kijk dan hier.