大気中のメタン

産業革命の開始（1750年頃）以来、大気中のメタン濃度は約160%増加しており、この増加はほぼ完全に人間の活動によるものです。^{[ 2 ]} 1750年以降、メタンは温室効果ガス（GHG）排出量の質量の3%を占めていますが^{[ 3 ]} 、放射強制力または気候強制力の約23%の原因となっています。^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} 2019年までに、世界のメタン濃度は産業革命以前の722ppbから1866ppbに上昇しました 。^{[ 7 ]}これは2.6倍の増加であり、少なくとも80万年間で最高値です。^{[ 8 ] : 4 [ 9 ] [ 10 ]}

メタンは対流圏（地表から6km～19km ）と成層圏（対流圏から地表から50km ）のオゾン（O₃ _） 濃度を増加させます。^{[ 11 ]}水蒸気とオゾンはどちらも温室効果ガスであり、地球温暖化を加速させます。^{[ 12 ] : 2}   

地球の大気中のメタン（CH _{4 ）は強力な}温室効果ガスであり、 20年間の時間枠では地球温暖化係数（ GWP）がCO ₂の84倍です。 ^{[ 14 ] [ 15 ]}_{メタンはCO 2} ほど持続性がなく、 100年間の時間枠ではCO ₂の約28倍にまで低下します。 ^{[ 16 ]}

放射強制力または気候強制力は、ワット毎平方メートル (W/m ² )で環境に対する人間の影響を測定するために使用される科学的概念です。 ^{[ 17 ]}これは、「地球によって吸収される太陽放射照度と宇宙に放射されるエネルギーの差」を指します。 ^{[ 18 ]}メタンの直接的な放射温室効果ガス強制効果は、1750 年と比較して0.5 W/m ^{2の増加であると推定されました (2007 年の推定値)。 [ 19 ] : 38 (図 2.3)}

UNEPとCCACは、2021年の「地球規模メタン評価」報告書の中で、2016年にM. Etminan氏^{[ 4 ]}と2018年にWilliam Collins氏^{[ 12 ]}が率いた研究チームによる研​​究により、「メタンの放射強制力への影響に関する理解」が向上したと述べている。これは、2014年のIPCC第5次評価報告書（AR5）以降、「上方修正」につながった。「理解の向上」とは、「メタン排出の社会全体への影響」に関する以前の推定値が過小評価されていた可能性が高いことを意味する^{[ 20 ]： 18}

エトミナンらは、2016年の地球物理学研究レター誌の記事で、メタンの放射強制力（RF）に関する新しい計算を発表した。この計算では、以前のより単純なIPCCの方法では使用されていなかったCH4の短波長帯を強制力の測定に組み込んだ。CH4による短波長_強制力成分を含めることで、以前の連続したIPCC報告書で引用されたよく混合された温室効果ガス（ _WMGHG）の強制力を大幅に修正した彼らの新しいRF計算は、約20～25%高い推定値となった。^{[ 4 ]}コリンズらは、今世紀末までに大気中のメタンを削減するCH4_緩和策は、「パリの気候目標達成の実現可能性に大きな違いをもたらす」可能性があり、「2100年までの許容炭素排出量を増やす」ことになると述べた。^{[ 12 ]}

直接的な加熱効果と通常のフィードバックに加えて、メタンは二酸化炭素と水に分解されます。この水は、通常ほとんど水が到達しない対流圏界面よりも高い位置にあることが多いです。ラマナサン（1998）^{[ 21 ]}は、低温の下部成層圏で形成された水雲と氷雲の両方が、大気の温室効果を高めるのに非常に効果的であると指摘しています。また、将来的にメタンが大幅に増加すると、メタン濃度に比例して非線形的に増加する地表温暖化につながる可能性が十分にあるとも指摘しています。

メタンや黒色炭素などの短寿命気候汚染物質を削減するための緩和策は、「短期的な気候変動」への対策に役立ち、持続可能な開発目標を支援することになるだろう。^{[ 22 ]}

メタンの生成と大気への放出をもたらすプロセスはすべて「発生源」とみなすことができます。メタンの発生源として知られているものは、主に地表付近にあります。^{[ 3 ]}メタン生成に関与する主なプロセスは、水生生態系に広く存在する微生物が 有機化合物を嫌気的にメタンに変換するプロセス（メタン生成）と、反芻動物です。

メタンは、例えば永久凍土の融解によって北極圏でも放出される。

メタンの測定には、一般的にガスクロマトグラフィーが用いられます。ガスクロマトグラフィーは、化学化合物の分離や分析に用いられるクロマトグラフィーの一種です。より高度な方法に比べて一般的に費用は安価ですが、時間と労力がかかります。

分光法は、その感度と精度の高さから、大気ガス測定において好ましい方法とされてきました。また、分光法は、大気ガスを遠隔的に検出する唯一の方法でもあります。赤外分光法は幅広い技術を網羅しており、その一つが吸収分光法に基づいてガスを検出するものです。分光法には、差分光吸収分光法、レーザー誘起蛍光法、フーリエ変換赤外分光法など、さまざまな手法があります。

^{[ 40 ]}

2011年当時、キャビティリングダウン分光法は、メタン検出に最も広く用いられていた赤外線吸収分光法であった。これはレーザー吸収分光法の一種であり、モル分率を1兆分の1の精度で測定できる。

大気中のメタンは、地球の大気中に存在するメタンです。^{[ 42 ]}大気中のメタン濃度はメタン排出により増加しており、気候変動を引き起こしています。^{[ 43 ] [ 44 ]}メタンは最も強力な温室効果ガスの1つです。^{[ 45 ] : 82}メタンの気候に対する放射強制力（RF）は直接的であり、^{[ 12 ] : 2}歴史上の人為的気候強制力に対する2番目に大きな寄与要因です。^{[ 12 ] : 2}メタンは酸化によって成層圏の水蒸気の主要な発生源であり、^{[ 46 ]}水蒸気はメタンの放射強制力効果に約15%加算されます。^{[ 47 ]}メタンの地球温暖化係数（GWP）は、20年間の影響で約84、100年間の影響で約28である。^{[ 16 ]}

CH ₄は 1970 年代から環境中で直接測定されています。^{[ 49 ] [ 2 ]}地球の大気中のメタン濃度は、18 世紀半ばの産業革命以前のレベルから 160% 増加しています。^{[ 2 ]}

NOAAによるメタンの長期大気観測によると、1750年以降、メタンの蓄積量は産業革命以前と比べてほぼ3倍に増加した。 ^{[ 50 ]} 1991年と1998年には、メタンの増加率が急激に上昇し、それまでの増加率の2倍になった。^{[ 50 ]} 1991年6月15日のピナツボ山の噴火は、VEI-6を記録し、 20世紀で2番目に大きな陸上噴火だった。^{[ 51 ]} 2007年には、1998年の前例のない高温（地表記録が残って以来最も暑い年）が、湿地や水田からの排出量の増加、バイオマス燃焼量の増加とともに、メタン排出量の増加を引き起こした可能性があると報告された。 ^{[ 52 ]}

2007年のデータは、メタン濃度が再び上昇し始めていることを示唆していた。^{[ 53 ]}これは2010年に確認され、ある研究では2007年から2009年の3年間でメタン濃度が上昇していることが示された。メタン濃度がほぼゼロ増加した10年を経て、「世界平均の大気中のメタンは、 2007年と2008年に年間約7 nmol/mol増加した。2009年前半には、世界平均の大気中のCH4_は2008年よりも約7  nmol/mol高く、2009年も増加が続くことを示唆している。」^{[ 54 ]} 2015年から2019年にかけて、大気中のメタン濃度が急激に上昇したことが記録されている。^{[ 55 ]}

2010年、北極のメタン濃度は1850  nmol/molと測定され、これは過去40万年間で最も高い値の2倍以上でした。IPCC AR5によると、2011年以降、濃度は上昇し続けました。2014年以降、増加は加速し、2017年には1,850 ppbに達しました。^{[ 56 ]} _{2019年のメタン（ CH4} ）の年間平均は1866 ppbで、科学者たちは_CH4の濃度が少なくとも80万年間で最も高いと「非常に高い確信度」で報告しました。^{[ 5 ]}年間の増加が最大だったのは2021年で、現在の濃度は産業革命以前の260%という記録的な値に達し、その圧倒的な割合は人間の活動によるものです。^{[ 2 ]} 

2006年以降、大気中のメタン濃度は上昇している一方、世界平均のδ ¹³ C–CH ₄値は徐々に低下している。これに基づき、米国海洋大気庁（NOAA）は、最近のメタン増加は、熱源や燃焼源（例えば化石燃料）の増加ではなく、湿地や農業からの排出物など、より軽い同位体を持つ微生物の排出に主に起因していると結論付けた。^{[ 57 ] [ 58 ] [ 59 ]}

しかし、この結論は普遍的に受け入れられているわけではない。同位体や OH（ヒドロキシルラジカル）などのシンクの変化は、最近の大気中のメタン増加が主に化石燃料によって引き起こされているわけではないことを示している。しかし、同位体の変化はメタンの発生源とシンクの複合的な影響を反映している。したがって、大気中のδ ¹³ C–CH ₄の変化は複数の要因によって影響を受ける可能性がある。^{[ 58 ] [ 59 ]} δ ¹³ C の値が軽いことは、相対的に微生物の発生源が多いことを示しているだけであり、化石燃料の排出量の同時増加を直接排除することはできない。最近のいくつかの逆解析モデルは、化石燃料、農業、廃棄物（例えば、埋立地、糞尿管理、廃水処理）からの排出がそれぞれ大気中の増加の約半分を占め、人為的発生源（農業＋化石燃料）が全体的な増加を支配していることを示している。さらに、発生源のδ ¹³ C–CH ₄同位体フィンガープリントと排出量推定値自体の両方にかなりの不確実性があり、発生源寄与の結果は事前の仮定に左右されます。全体として、これは科学的な議論の余地があるテーマです。^{[ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]}

2013年、IPCCの科学者たちは「非常に高い確信度」で、大気中のメタンCH₄濃度が_「産業革命以前のレベルを約150%上回り、少なくとも過去80万年間で前例のないレベルに達した」と述べた。^{[ 5 ] [ 63 ]}地球大気中のメタンの世界平均濃度は、1750年の722±25ppbから2011年の 1803.1±0.6ppbへと約150%増加した。 ^{[ 64 ] [ 65 ]} 2016年時点で、メタンは0.62±14% Wm⁻²の放射強制力に寄与しており^{[ 4 ]}、^これはすべての長寿命で地球全体に混合された温室効果ガスからの全放射強制力の約20%に相当する。^{[ 16 ]}大気中のメタン濃度はその後も増加し続けている。 2011年から2022年時点では世界平均濃度1911.8 ± 0.6 ppbに上昇した。^{[ 7 ]} 2021年5月のピークは1891.6 ppb、2022年4月のピークは1909.4 ppbで、0.9%増加した。^{[ 65 ]}     

グローバルカーボンプロジェクトコンソーシアムは、グローバルメタン収支を作成しています。50以上の国際研究機関と世界中の100の観測所と協力して、数年ごとにメタン収支を更新しています。^{[ 66 ]}

2013年当時、メタンの発生源と吸収源のバランスはまだ完全には解明されていなかった。科学者たちは、大気中のメタン濃度が一時的に増加しなくなった理由を説明できなかった。^{[ 67 ]}

人為的な気候変動におけるメタンの役割に注目が集まるようになったのは、2010年代半ば以降である。^{[ 68 ]}

大気中のメタンの量は、地球表面でのメタンの生成（発生源）と、主に大気中でのメタンの破壊または除去（シンク）との間のバランスによって決まります。これは大気化学プロセスによるものです。 ^{[ 69 ]}メタンの酸化はOH（ヒドロキシルラジカル）を消費するため、メタン濃度が高くなると、地球全体の平均OHレベルが低下し、メタンの大気中寿命（元々は約9年）がわずかに長くなります。これにより、メタンの発生源とシンクの間に正のフィードバックが生じ、これは現代の大気化学・気候研究で明示的に考慮されています。^{[ 70 ]}

炭素同位体分析により、科学者は最も一般的な炭素の形態である炭素12と、中性子が1つ多いためより重い安定同位体である炭素13（13C）の比率を注意深く測定することにより、メタンサンプル中の炭素の起源を特定することができます。つまり、13Cは12Cよりもほんのわずかに重いということです。^{[ 57 ]}大気中のメタンの同位体組成を分析することにより、大気観測や逆解析モデルにおいて、メタンの微生物起源、熱起源、燃焼起源を区別することが可能です。^{[ 71 ]}

もう一つの主要な自然吸収源は、地球の土壌中のメタン資化性細菌、すなわちメタンを消費する細菌による酸化である。

これらの2005年のNASAのコンピューターモデルシミュレーションは、当時入手可能だったデータに基づいて計算されたもので、メタンが上昇するにつれてどのように分解されるかを示している。

熱帯地方で空気が上昇すると、メタンは対流圏（地球表面から4マイル（6.4km ）から12マイル（19km ）の高さにある地球大気の最下層）を通って上方に運ばれ、下部成層圏（オゾン層）を経て、成層圏の上部へと運ばれます。^{[ 69 ]}  

この大気化学プロセスは、大気中のメタンの 90% を除去するため、最も効果的なメタン吸収源です。^{[ 67 ]}この大気中のメタンの地球規模での破壊は、主に対流圏で発生します。^{[ 67 ]}

メタン分子は、対流圏における「主要な化学的除去剤」であり、「対流圏のほとんどのガスの大気寿命を制御する」ヒドロキシルラジカル（OH）と反応します。[ 72 ]^{このCH4酸化}プロセスにより_、大気中のメタンは破壊され、水蒸気と二酸化炭素が生成されます。

これにより大気中のメタン濃度は低下するものの、水蒸気と二酸化炭素は地球温暖化に影響を与える温室効果ガスとしてより強力な要因であるため、これが放射強制力の正味の増加につながるかどうかは不明である。

_{CH 4 の}酸化によって成層圏に生じるこの追加の水蒸気は、メタンの放射強制力効果を約 15% 増加させる。^{[ 73 ] [ 46 ]}

1980年代までに、地球温暖化問題は、主に二酸化炭素に焦点を当てるのではなく、メタンやその他の非CO2微量ガス（CFC、N2O、O3）を地球温暖化に含めることで変容した。_[ 74 ] [ ₇₅ ]_低温の^{下部成層圏で形成される}水雲と氷雲は、大気の温室効果を高めることで大きな影響を与える。将来のメタンの大幅な増加は、メタン濃度に非線形的に増加する地表温暖化につながる可能性がある。^{[ 74 ] [ 75 ]}

メタンは、成層圏の最下層であるオゾン層の劣化にも影響を及ぼします。オゾン層は、地球上空約15～35キロメートル（9～22マイル）の高さにあり、対流圏のすぐ上に位置しています。^{[ 76 ]} 2001年にNASAの研究者たちは、このプロセスは地球温暖化によって促進されると述べていました。暖かい空気は冷たい空気よりも多くの水蒸気を含むため、温室効果によって大気が温暖化すると、大気中の水蒸気量が増加するからです。当時入手可能なデータに基づく彼らの気候モデルは、二酸化炭素とメタンが成層圏への水の輸送を促進することを示していました。^{[ 77 ]} 

大気中のメタンは成層圏で約120年間存在し、最終的にはヒドロキシルラジカルの酸化プロセスによって破壊される可能性がある。^{[ 78 ]}

平均寿命

メタンが大気に影響を与える期間を定量化する方法はいくつかあります。物理的なメタン分子が大気中に存在する平均時間は約 9.6 年と推定されています。^{[ 80 ] [ 81 ] [ 79 ]}しかし、その分子の放出によって大気が平衡状態に達するまでの平均時間（「擾乱寿命」として知られています）は約 12 年です。^{[ 22 ] [ 82 ]}

メタンと塩素原子の反応は、塩素原子の主要なシンクとして機能し、成層圏における塩酸（HCl）の主要な発生源となっている。 ^{[ 83 ]}

CH₄ + Cl → _CH₃ + _HCl

この反応で生成されるHClは成層圏のオゾンを触媒的に破壊する。 ^{[ 78 ]}

土壌および堆積物中のメタン資化菌

土壌は、そこに生息するメタン資化性細菌によって大気中のメタンの主要な吸収源として機能します。これは、2 種類の細菌で起こります。「高容量・低親和性」メタン資化性細菌は、湿地の水浸し土壌やその他の湿潤環境など、メタン濃度が高い地域で増殖します。また、メタン濃度が低い地域では、「低容量・高親和性」メタン資化性細菌は、周囲の環境中のメタンに頼るのではなく、大気中のメタンを利用して増殖します。^{[ 85 ]}メタン酸化により、メタン資化性細菌はメタンをエネルギー源として利用し、メタンを酸素と反応させて二酸化炭素と水を生成します。

CH₄ + _2O₂ → _CO₂ + _2H₂O​​

森林土壌は、土壌がメタン酸化細菌の活動に最適な水分量であり、土壌と大気間のガスの移動（土壌拡散率）が高いため、大気中のメタンの優れた吸収源として機能します。^{[ 85 ]}地下水位が低い場合、土壌中のメタンは、大気に到達する前にメタン酸化細菌を通過しなければなりません。しかし、湿地土壌は、地下水位がはるかに高く、土壌中のメタン酸化細菌と競合することなくメタンが比較的容易に大気中に拡散できるため、吸収源ではなく大気中のメタンの発生源となることがよくあります。^{[ 85 ]}

メタン資化性細菌は海底堆積物にも生息している。これらの細菌の存在は、ラプテフ海のような海底永久凍土などの発生源からの排出を効果的に抑制することが多い。 ^{[ 84 ]}

除去技術

大気中のメタン除去は、気候変動の影響を緩和するために大気中のメタンの分解を加速させる可能性のあるアプローチのカテゴリーです。^{[ 86 ]}大気中のメタンは産業革命以前から0.7 ppmから1.9 ppmに増加し、濃度が2倍以上になっています。^{[ 87 ]}産業化によるメタンの増加は、人為的活動によるメタンの増加を吸収する自然のメタン吸収源の失敗に関連しています。^{[ 87 ]} 2010年から2019年にかけて、メタン排出は観測された地球温暖化の0.5 ℃（約30％）を引き起こしました。世界のメタン排出量は2017年に年間600 Tg _CH4という記録に近づきました。^{[ 88 ]}メタンは最大12年の寿命を持つ強力な温室効果ガスです。メタンは、数十万年の寿命を持つ二酸化炭素への反応を起こす能力を持つため、影響力の大きい温室効果ガスです。大気中のメタンは、二酸化炭素よりも強力な温室効果ガスであり、地球温暖化係数は20年間で34倍、20年間で86倍高くなっています。^{[ 89 ]}メタンはより強力な温室効果ガスであるため、大気から二酸化炭素よりも少量のメタンを除去すると、同様の気候影響が生じます。^{[ 89 ]}大気中の二酸化炭素の背景レベルは約420 ppm、大気中のメタンの背景レベルは約1.92 ppmであるため、メタン濃度が低いと、二酸化炭素と比較してメタンの回収が難しくなります。^{[ 87 ] [ 89 ] [ 86 ]}大気中のメタンの希少性に加えて、メタンの安定性と、熱力学、速度論、物質移動の観点からの大気条件が、除去の難しさに大きく影響しています。^{[ 87 ]}大気中の二酸化炭素の除去は、多様な研究努力と技術的基盤により、温室効果ガス削減の取り組みにおいて大きな影響力を持つことが証明されている。^{[ 89 ]}   

大気中のメタン除去方法としては、光触媒やゼオライトおよび多孔質ポリマーネットワークに関連する金属触媒など、数多くの方法が研究されてきた。^{[ 89 ] [ 90 ]}生物学的メタン除去方法としては、鉄塩エアロゾルの生成、工業的手法、さまざまな生態系における土壌管理手法などが研究されている。^{[ 89 ] [ 90 ]}メタン除去方法の多くは、熱触媒酸化、光触媒酸化、生物学的酸化などの酸化化学反応を伴う。^{[ 86 ]}メタン分解の対象となる場所には、大気、メタン濃縮空気、高メタン空気、超高メタン空気、爆発性空気などがある。^{[ 86 ]}これらの対象とその大気混合比の説明は、Nisbet-Jones の情報に基づいて表 1 に示されている。^{[ 86 ]}

表1：この表は、ニズベット＝ジョーンズの情報に基づいて、メタン検出のさまざまなターゲットと、意見記事に記載されているそれぞれの混合比と例に関する情報を直接再掲したものです。^{[ 86 ]}

大気からメタンを除去するには、温室効果ガスの排出を伴う可能性が最も高いエネルギーが直接関与します。^{[ 86 ]}このため、人為的なメタン除去方法の中には、メタンを大気中に残しておくよりも生産性が低く、より有害となる可能性のあるものもあります。^{[ 86 ]}潜在的な環境影響、コストと便益、その他の注目すべき要因に関わらず、大気中のメタン除去に関する関連情報を含め、大気中のメタン除去のすべての方法について、この記事で徹底的に議論します。

大気中のメタン除去は、一般的に、主要な解決策ではなく、補助的な気候変動緩和戦略とみなされています。これは、発生源での排出削減の方が、通常、より効果的で、エネルギー集約度が低く、コストも低いためです。ガスシステム、農業、廃棄物管理などのセクターからの排出は、漏洩検知と修理、改良された家畜糞尿管理、埋立地ガス回収などの既存の技術によって削減できます。これらの方法は、費用対効果が高いとされています。^{[ 91 ] [ 92 ] [ 89 ]}大気中のメタン濃度が低い（約1.9 ppm）ということは、測定可能な除去を達成するには大量の空気を処理する必要があることを意味し、これはより高いエネルギーとインフラストラクチャ要件と相関する可能性があります。^{[ 89 ] [ 87 ]}限界削減コスト分析では、一般的に、メタン緩和はより低コストの気候変動対策であるのに対し、大気中のメタン除去技術は開発の初期段階にあることが示されています。これは、予測されるコストと不確実性が高いことと相関する可能性があります。^{[ 89 ] [ 93 ]} 現在の研究は排出量削減に焦点を当てることが多く、メタン除去は補助的な用途として考えられています。

メタン除去は、除去が困難な残留排出物に対処し、大気中に既に存在する過去のメタンを削減する上で重要な役割を果たします。メタンの大気中寿命は約 10 ～ 12 年であり、その濃度を下げると、二酸化炭素の緩和に比べて比較的迅速な気候上のメリットが得られます。^{[ 93 ] [ 89 ]}メタン除去技術の大規模な展開には、拡張性、モニタリング、環境への影響に関連する多くの重大な課題があります。エンジニアリングされたシステムは、処理できる空気の量、触媒の効率、全体的なエネルギー要件など、多くの要因によって制約されます。さらに、酸化を含む大気アプローチは、オゾンレベルや大気質の変化などの意図しない化学的影響をもたらす可能性があります。^{[ 94 ] [ 87 ]}大気規模でのメタン除去を正確に測定および検証することは、メタンの発生源と吸収源の自然な変動性と拡散性のため、依然として困難です。^{[ 87 ]}これらの要因は、より広範な気候緩和戦略における大気メタン除去の長期的な実現可能性と最適な役割に関する継続的な研究に貢献しています。

1996年から2004年にかけて、南極氷床コア掘削欧州プロジェクト（EPICA）の研究者たちは、南極の氷床コアに閉じ込められたガスを掘削・分析し、過去80万年間の大気中の温室効果ガス濃度を復元することができました。^{[ 95 ]}彼らは、約90万年前までは、氷河期と比較的短い温暖期のサイクルが約4万年間続いていたが、80万年前にはその時間間隔が劇的に変化し、10万年間続くサイクルになったことを発見しました。^{[ 95 ]}氷河期には温室効果ガスの値が低く、温暖期には値が高くなりました。^{[ 95 ]}

上記の 2016 年 EPA の図は、古気候学のまとめであり、^{[ 96 ]}南極のEPICAドーム C —紀元前 797,446 年頃から 1937 年まで、^{[ 97 ]} 南極のLaw ドーム—紀元 1008 年頃から 1980 年まで、^{[ 98 ]}オーストラリアのCape Grim — 1985 年頃から 2015 年まで、^{[ 99 ]}ハワイのMauna Loa — 1984 年頃から 2015 年まで、^{[ 100 ]}およびスコットランドのShetland Islands : 1993 年頃から 2001 年までのガス気泡の分析に基づいて、時間の経過に伴うメタン濃度を示しています。^{[ 101 ]}

このような堆積物から大量のメタンガスが大気中に急激に放出されることは、地球の遠い過去における暁新世-始新世温暖化極大期^{[ 103 ]}や大絶滅^{[ 104 ]}などの急速な地球温暖化現象の可能性のある原因として示唆されている。

2001年、NASAのゴダード宇宙研究所とコロンビア大学気候システム研究センターの科学者たちは、米国地球物理学連合（AGU）の年次総会で発表された研究で、二酸化炭素以外の温室効果ガスも気候変動の重要な要因であることを確認した。 ^{[ 105 ]}彼らは、約5500万年前に発生した10万年にわたる暁新世-始新世温暖化極大期に関する理論を提示した。彼らは、それまで「低温と高圧…海底の下」で安定していたメタンが大量に放出されたと仮定した。このメタンの大気への放出が地球温暖化をもたらした。2009年のサイエンス誌の記事は、地球温暖化に対するメタンの寄与がこれまで過小評価されていたというNASAの研究を裏付けた。^{[ 106 ] [ 107 ]}

地球の歴史の初期には、二酸化炭素とメタンが温室効果を生み出していたと考えられています。二酸化炭素は火山によって、メタンは初期の微生物によって生成されたと考えられます。この時期に、地球の最初の生命が現れました。^{[ 108 ]} 2003年の地質学誌の記事によると、これらの最初の古代バクテリアは、水素と二酸化炭素をメタンと水に変換することでメタン濃度を高めました。酸素が大気の主要な構成要素となるのは、地球の歴史の後半に光合成生物が進化してからでした。酸素がなかったため、メタンは現在よりも長く、高濃度で大気中に留まっていました。^{[ 109 ]}