Uit onderzoek van oude ijskernen blijkt dat methaan al sinds jaar en dag in de atmosfeer voorkomt. Variaties in de hoeveelheid in het verleden hangen sterk samen met veranderingen in temperatuur en kooldioxide (CO2). De ijstijden kenden de kleinste hoeveelheden methaan. In warme periodes (interglacialen) nam de hoeveelheid methaan weer toe.
Van nature is methaan voornamelijk afkomstig uit natte gebieden, zoals moerassen en venen. Sinds 2002 wordt methaan gemeten vanuit de ruimte. De eerste Europese satelliet was Sciamachy, een satellietinstrumentdat door Nederland, Duitsland en België was gemaakt. Met de lancering van Tropomi in 2017 kan methaan een stuk nauwkeuriger worden gemeten. Uit de satellietmetingen kunnen grote methaanbronnen gerelateerd aan menselijke activiteiten steeds beter in kaart worden gebracht. Ook zien de satellieten in welke regio’s de meeste methaan in de atmosfeer komt. Verreweg de meeste methaan komt vrij in moerassen en even op de lagere breedtegraden in de (sub-)tropen. Op hoge breedtegraden wordt veel minder methaan in de atmosfeer gemeten, ondanks dat ontdooiend permafrost een algemeen bekende natuurlijke bron van methaan is in noordelijke streken. De bijdrage hiervan aan de hoeveelheid methaan in de atmosfeer lijkt daarom vooralsnog beperkt.
Sinds de achttiende eeuw is de hoeveelheid methaan in de atmosfeer met ongeveer 150 procent toegenomen. De belangrijkste nieuwe bronnen zijn de productie en het gebruik van fossiele brandstoffen (kolen, olie, (schlalie-)gas), rijstbouw, afvalverwerking en veeteelt. Bij de vertering van voedsel in de pens van een koe komt methaan vrij.
De verhouding tussen de toename in de verschillende soorten methaanmoleculen (isotopen) in de atmosfeer helpt bij het onderscheiden van bronnen en de attributie van de waargenomen toename van methaan in de atmosfeer.
Waarschijnlijk levert de wereldwijde toename in veeteelt (vooral runderen) een belangrijke bijdrage aan de huidige toename in de methaanuitstoot, al is nog onzeker hoe deze bijdrage zich precies verhoudt tot gelijktijdige veranderingen in natuurlijke bronnen. Deze beide bronnen hebben dezelfde biogene ‘handtekening’.
De productie en het gebruik van fossiele brandstoffen, inclusief kolengas, aardgas en schaliegas hebben juist een fossiele handtekening. Een toename in deze bronnen in deze bronnen is waarschijnlijk, maar kan de waargenomen trend niet volledig verklaren.
Tenslotte zijn er aanwijzingen dat de hoeveelheid methaan ook toeneemt doordat de verblijftijd van methaan in de atmosfeer toeneemt. Dit leidt tot een hogere concentratie bij gelijke uitstoot. Afnemende luchtverontreiniging wereldwijd, zoals tijdens de coronacrisis in 2020-2022, zou hierbij een rol spelen. Nader onderzoek moet uitwijzen hoe belangrijk dit effect kan zijn.
