Con il boom del gas naturale in tutto il Front Range, gli impianti di perforazione possono operare a pochi metri dagli allevamenti di bestiame. Che l'uso condiviso del suolo possa confondere i tentativi di comprendere le tendenze del metano, un gas serra e un inquinante atmosferico:i gas emessi da queste diverse fonti si fondono insieme.

Per districarli, un team guidato dal CIRES ha innovato un nuovo, tecnica economica per misurare in modo efficiente il metano e un cocktail di sostanze chimiche associate nell'atmosfera, e creare una sorta di etichetta di identificazione chimica per le fonti di metano.

"Il metano è un importante gas serra. Ma ha un'alta concentrazione globale, quindi può essere difficile vedere le sue fonti specifiche, "ha detto Natalie Kille, CIRES Ph.D. studente e autore principale dello studio pubblicato oggi sulla rivista AGU Lettere di ricerca geofisica . "Questa tecnica ci consente di rimuovere le concentrazioni di metano di fondo nella nostra analisi per vedere chiaramente traccianti chimici unici".

I "traccianti" sono sostanze chimiche uniche per un'unica fonte:l'etano è un ottimo tracciante per le operazioni petrolifere e del gas, Per esempio; e l'ammoniaca è un tracciante per gli allevamenti di bestiame, responsabile di quell'inconfondibile odore di vacca. La misurazione dei livelli di questi due traccianti ha aiutato il team a distinguere le fonti di metano prodotto localmente sia dall'agricoltura che dalle operazioni petrolifere e del gas.

Usando strumenti che siedono a terra e misurano l'aria sopra, possono catturare istantaneamente un'istantanea delle concentrazioni chimiche del metano e dei suoi traccianti nella colonna d'aria che arriva dalla superficie fino alla parte superiore dell'atmosfera. Il team utilizza quindi queste informazioni per rimuovere lo sfondo di metano, un concetto noto come "colonna in eccesso", in modo che i traccianti possano essere al centro della scena.

"Questo è stato il primo studio a misurare le colonne in eccesso di tutte queste molecole contemporaneamente, " disse Rainer Volkamer, Collega CIRES, CU professore associato di chimica, e corrispondente autore dello studio. "Questo ci dà una migliore gestione per separare e quantificare le fonti di metano su scala regionale".

Il team ha creato una rete di questi piccoli strumenti nel Front Range del Colorado. Frank Hase e Thomas Blumenstock con il Karlsruhe Institute of Technology tedesco hanno sviluppato un romanzo, spettrometro portatile in grado di effettuare misurazioni del metano ad alta precisione. E CIRES/CU Boulder ha fornito lo strumento "CU mobile Solar Occultation Flux" dell'Università del Colorado di Volkamer che ha misurato i traccianti chimici etano e ammoniaca. Entrambi i dispositivi sfruttano la luce solare per identificare ogni molecola tramite la sua impronta digitale di assorbimento della luce.

"Questi due strumenti sono stati installati fianco a fianco a Eaton, Colorado, all'interno di quella che chiamiamo la "cupola di metano" del bacino di Denver-Julesburg, " ha detto Volkamer. "Nelle aree in cui sono presenti siti di allevamento di gas naturale e bestiame, viene emesso metano, e si mescola insieme da entrambe le fonti, formando una bolla all'interno dello strato limite atmosferico che si espande e si contrae come se respirasse."

Per misurare le concentrazioni di fondo di metano, il team ha installato due strumenti KIT aggiuntivi (uno gestito dal Centro nazionale per la ricerca atmosferica) all'esterno della cupola del metano, a Boulder e Westminster, ciascuno a circa 60 miglia da Eaton. Questi dati hanno aiutato Kille' a calcolare e quindi rimuovere la concentrazione di fondo del metano per isolare il metano prodotto localmente e quei due traccianti chimici chiave.

In precedenti lavori per districare le fonti di metano, gli scienziati hanno spesso raccolto campioni di aria in fiasche, da terra o in aereo, per un'analisi dettagliata in laboratorio. Ma alcuni prodotti chimici, compresa l'ammoniaca, può attaccarsi all'interno di alcuni contenitori, creando sfide.

In questo lavoro, gli strumenti piccoli e portatili potrebbero essere utilizzati quasi ovunque per misurazioni in tempo reale dell'atmosfera aperta. a Eaton, la squadra si è allestita nel parcheggio dietro un bed and breakfast.

Sulla base dei dati di cinque giorni di misurazioni nel 2015, il team ha scoperto che le operazioni di petrolio e gas naturale erano responsabili della maggior parte del metano prodotto nel bacino di Denver-Julesburg, con fonti agricole che forniscono una fonte importante ma minore.

Lo studio ha anche scoperto alcune osservazioni sconcertanti che richiederanno ulteriori approfondimenti:ad esempio, quando le concentrazioni di metano sono molto basse, le fonti agricole sono relativamente più significative.

Questi risultati potrebbero aiutare gli operatori del gas naturale, allevatori di bestiame, e i loro regolatori prendono decisioni più informate sulla mitigazione del metano.

Nel futuro, i ricercatori sperano di generare una serie temporale a lungo termine su più stagioni per vedere come le fonti di metano nella regione cambiano nel tempo, un'impresa che diventa possibile con un basso costo, reti di sensori autonome come questa. Gli scienziati potrebbero anche lavorare per confrontare questi dati con quelli raccolti dai satelliti, sviluppare le migliori pratiche per informare le osservazioni satellitari, disse Volkamer.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di AGU Blogs (http://blogs.agu.org), una comunità di blog di scienze della Terra e dello spazio, ospitato dall'American Geophysical Union. Leggi la storia originale qui.