قالب وردپرس درنا توس
Home https://server7.kproxy.com/servlet/redirect.srv/sruj/smyrwpoii/p2/ Science https://server7.kproxy.com/servlet/redirect.srv/sruj/smyrwpoii/p2/ Rising atmospheric methane levels – and nobody knows why

Rising atmospheric methane levels – and nobody knows why

This story originally appeared on Undark and is part of the collaboration with the Climate Desk.

Every week, dozens of metal flasks arrive at the NOAA Earth Exploration Laboratory in Boulder, Colorado, each of which is loaded with air from a far corner. world. Experimental chemist Ed Dlugokenky and his colleagues in the Global Monitoring Unit catalyze canisters and then use a number of high-precision instruments such as gas chromatograph, flame ionization detector, complex software for measuring carbon dioxide, nitrous oxide and methane

These air samples collected at observatories in Hawaii, Alaska, American Samoa and Antarctica, and from high towers, small planes and volunteers on all continents, come to Boulder for more than four decades as parts one of the longest in the world monitoring programs greenhouse gas emissions. The air in the flasks shows that the concentration of methane in the atmosphere has steadily increased since 1

983, before reaching about 2000 levels. "And then, boom, look at how it changes here," says Dlogotsenky, pointing to the computer screen's graph. This is a really dramatic change in the global methane budget since 2007. "

Since then, the amount of methane in the atmosphere is growing, and nobody knows why. "Moreover, nobody saw it." Methane levels rose more steadily than climate experts expected, to a greater or lesser extent, "so unexpected that it was not considered in the models that were being prepared for Paris agreements ", as Dlugokenky and several co-authors noted in the recently published The methane takes about 86 times more atmospheric heat than carbon dioxide over the 20-year period, accounting for a quarter of global atmospheric warming up to the present. although the steady increase in carbon dioxide in the atmosphere and nitrous oxide is a matter of deep concern, they at least meet the expectations of scientists. Methane is not. Methane is perhaps the earliest sign of humanity in the climate – it's a wild card.

People produce methane for thousands of years, clearing the earth from fires, raising livestock and growing rice. Thanks to the air bubbles captured in the ice nuclei taken from Antarctica, we know that the average global concentration of methane in the atmosphere is almost three times. Since it lasts only about ten years in the atmosphere, methane reduction is a relatively fast-acting lever to slow down climate change. But it is not clear how we should pull this lever out.

Scientists continue to offer competing hypotheses to explain the global impetus, and lacks potential suspects. "The truly exciting thing about methane," says Laurie Bruchwiller, a NOAA researcher, "is the fact that almost everything we do affects the budget of methane, from food production to the production of fuel for recycling."

] "And then, boom, see how it changes here," Dlugokencky says, pointing to a graph on his computer screen. "This is a really dramatic change in the global methane budget since 2007."

People are directly responsible for approximately 60 percent of global methane emissions. It is leaking from rotting food waste in landfills, from anaerobic lagoons of pumice manure, from rice fields and open coal seams. Numbers ripped it off as a by-product of their digestion. It stems from a huge metal exoskeleton of oil and gas wells, pumping stations, pipelines and oil refineries that intertwine the globe.

Balance comes from natural sources – wetlands, rivers and lakes, forest fires, termites, geological impregnations, thawing permafrost. Wetlands are the largest single source, accounting for about 30% of total methane emissions globally. As it happens, they are also the biggest source of uncertainty when it comes to carbon budget, says Benjamin Pulter, a researcher at NASA and a member of Global Carbon, an international consortium of scientists, who publishes one of the most widely quoted ratings. global methane budget. This uncertainty may lead to a debate about what leads to growth, seem to be a highly educated game.

"Over the past two years, there are many hypotheses and highly effective documents that cover the full range of explanations for what exists.

Due to the careful measurement of NOAA scientists and others, we know that in the atmosphere of every billion air molecules there are about 1850 molecules Methane, which is usually abbreviated as a part per billion, or ppb – in the modern atmosphere. This is comparable to 700 parts per billion in the pre-industrial era. But the current processes are much less noticeable. It's like knowing the final score of the game, but you do not know who and how to get it.

Receiving answers – not just academic exercise; It is important to know exactly what humanity can face when the planet continues to warm up. "We need to have a presentation process to understand these mechanisms," says Eric Courte, an atmospheric scientist at the University of Michigan, "so that we can say, for example, with certain changes in temperature and the hydrological cycle, we expect methane without this understanding, believes Corte, we can not answer some of the important questions about what is going on. "Is atmospheric methane, as a consequence of climate change, rather than our direct emissions, increasing?

" This is a dishonest problem, "adds Court," but this is not unbreakable. "

Any convincing Explanation should answer three questions: which explains the long-term increase in methane levels over the past 40 years, why was the pause, and why has such a surge occurred after 2006. Only three elements of the global methane budget are large enough to be probable: microbial Emissions (from livestock, agriculture and wetlands), fossil fuel emissions, and the chemical process through which methane is wiped out of the atmosphere.

The first theory, which gained a clutch, put in the invention of fossil fuels based on some suspicious terms: Using horizontal drilling and hydraulic fracturing – a method for collecting deepened hydrocarbons that includes blowing up deep layers of rock with a cocktail of water, sand and chemicals – has increased in the American oil and gas industry right at a time when atmospheric levels of methane have risen. Other scholars, however, are convinced that wine herds of cattle that produce methane-rich waste and manure. Some researchers are exploring satellite data that suggests that the production of methane from natural sources, such as water and forest fires, is changing.

And others argue that the culprit is not a source of leakage, but is persistent or, perhaps, very suddenly, the disappearance of traditional methane is "immersed". After an average residence time of about ten years, methane is oxidized into carbon dioxide and water vapor by chemical reactions with hydroxyl radicals (OH). This process of removing the atmosphere may be weakened, though, perhaps because OH levels are reduced due to reactions with other anthropogenic pollutants.

The first theory that gained grip was driven by fossil fuels, based on the simultaneous rise of horizontal drilling and hydraulic drilling. Fractures But not everyone agrees with the fact that it is a methane movement.

Administration of energy information

Of course, this can be a complex combination of all these factors. Further obscuring the picture, some researchers argue that the surge of concentrations is not at all a burst. Rather, the pause in growth from 2000 to 2006 is a real anomaly. In this calculation, what happened in 2007 was the return to the "normal" trend of anthropogenic growth, possibly complicated by the slowdown in the rate of chemical removal of methane. If so, then methane will continue to accumulate like water in a bath with an open mixer and a muffled drainage.

These ongoing scientific controversies reveal a problem underlying the mystery of methane. relevant evidence available. "Really good observations can be interpreted in a way that seems controversial," says Court. To understand everything, scientists need to balance the information provided by different categories of prompts.

The top-down assessments are based on observations using gauges on towers, airplanes or satellites, as well as models that take into account the transfer of source emissions and chemical reactions to other atmospheric components. Bottom-up methods include measurements of emissions near the source (gas well, landfill, even the intestine) and extrapolation from those that estimate emissions on a wider scale. Carbon monoxide is collectively discharged from methane from forest fires and biomass combustion, and ethane is a hydrocarbon that is often emitted by methane from oil and gas. Methyl chloroform is an industrial solvent, which, like methane, can only be removed from the atmosphere by interacting with OH; its emissions are much better known, so it is used to conclude how much HE is in the atmosphere. Researchers rely on simpler measurements to make conclusions about changes in methane sources or sinks. For example, some pointed to monitoring the increase in ethane concentration to assert that fossil fuel production is the dominant factor in methane adhesion.

Then there are isotopes. After analyzing in the Dlugokencky laboratory, these air samples are sent to the Institute of Arctic and Alpine Studies at Colorado Boulder University, where their carbon isotopes are measured. "The isotopes tell you how much the microbes go from the old, thermogenic sources, the carbon that was prepared by the earth," says Bruchwiller. Methane released by microbial sources (also known as biogenic) tends to be lighter, with a smaller carbon isotope C13 relative to C12, whereas methane from fossil fuels (thermogenic) and biomass combustion tends to be isotopically heavier. Measurements of INSTAAR and other research institutes clearly show that atmospheric methane is becoming increasingly debilitated in the C13 isotope. It can potentially roll up the list of suspects.

The hot spot of methane in the US Southwest is a likely evidence of leakage from operations with natural gas.

NASA / JPL-Caltech / University of Michigan / AP

However, each type of tooltip has its own limits. Recent work by the Court and others has called into question the reliability of ethane as a useful, consistent methane indicator. The ethane-methane ratios vary widely in different geological basins, and the amount of ethane extracted from natural gas varies depending on its market value as petrochemical raw materials. Isotopic data does not convince everyone.

"Many of them are very skeptical about the fact that signatures of sources cover a rather high range," says Daniel Jacob, an atmospheric chemist at Harvard. Some sources share the same set of isotopic fingerprints, which complicates the distinction between some sources of fossil fuels and microbial sources. "Isotopes are useful information, but I would not be sure that the house just looks at isotope data."

Bruhwiler acknowledges that there is uncertainty in the recording of isotopes, and very few studies measure isotope methane from bovine animals and other ruminants, or boiling from wetlands. But she argues that the isotopes of fossil fuel methane cover a very narrow range of signatures, limited in its overlap with microbial sources.

"On a large global scale, the isotope limitation should be very useful when it is reported to us that it is biogenic and that

Among all this uncertainty, there is one part of the global methane budget that is more clearly quantified: emissions from oil and gas production in the US Much to the work of Stephen of Hamburg and the Environmental Protection Foundation

In the early 2000s, Hamburg was a professor of environmental sciences at Brown University. For the forest ecology course he taught, he traveled the students to a place for field development weekly in a natural gas van. Later, he had an insight: Although it seemed a cleaner, more efficient option than a gasoline car, he did not know how much gas could flow. But he knew that the rate of leakage was important for the climate. Hamburg understood that methane was a powerful engine for the immediate warming, and, as an ecologist, he also knew that the rate of change in the system could be as important as the magnitude. addressing the problems of methane leaks has not yet been a top priority in climatic political circles. "It was an opportunity," he says, "a big leverage that sits there that people could not yet see and use. We realized that this lever exists. "

When he became chief research fellow at EDF in 2008, he began asking for data on leakages of oil and gas supply chains. "I received a standard response from companies:" We have this coverage, we know what's going on, it's good. "As I ticked around, there was not any good data that someone could show me to support it."

In 2012, EDF launched a program to support in-depth study of methane leaks throughout the United States supplying oil and gas. These efforts were gathered by more than 140 scientists from more than 40 different academic and research institutions, which provided over 30 peer-reviewed publications and much more clearly understood how much methane flows out and where, from fossil fuels around the country.

The culmination study, published in last July, relied on ground-based measurements and airborne observations to assess that methane emissions from the sector are 60 percent higher than estimates from stockpiles maintained by the Federal Environmental Protection Agency . This figure represents a leakage factor of 2.3% of the total natural gas production in the United States. The leakage rate of only 4 percent would eliminate the climatic benefits of burning gas instead of coal for electricity generation

Globally, data on unorganized oil and gas emissions remain rare. For example, in Russia and Iran there are few measurements and very few studies on access to gas fields. Many years ago, Hamburg talked with the Harvard scientist-atmospherist Stephen Waffci about this problem. What level of spatial grains, as they thought, would be needed to see and identify leaks from oil and gas fields and large space objects?

So MethaneSAT was born. Last year, EDF announced it would build and launch its own methane satellite. "The metaphor I often use," says Hamburg, "we are trying to escape from the handmade model of a small plant, and we must go to mass production, which is too expensive and labor-intensive deployment of scientific groups [at the global scale]."

Today Wofsy is "It's a very strategic one," he says with enthusiasm. "With a smile, he admits that this is an extremely ambitious," passionate "enterprise – an environmental nonprofit organization that is trying to take off the scale of NASA." Their goal is to turn the oil and gas industry in all of them the world by 2025.

Recent research by Stanford researchers suggests that more than half of all methane emissions from natural gas come from only the largest 5% of leakage .. Even if the actual number is slightly lower, researchers have broad agreement, that the fight against these "super-emitters" may be the most cost-effective strategy for reducing methane, but first you have to find these loops. MethaneSAT will be looking for leakage through oil and gas deposits, which can only be 10 parts per billion, against the background of 1850. – T. Somebody way you are looking for about 0.5%. If you are going to estimate 0.5 percent, you should have accuracy of about 0.1 percent, "says Woopsy. – And some people think that you can not do this. We believe that we can – not at any point in the region, but on a regional scale. "

Another unparalleled feature of MethaneSAT is that the data that it captures will be made available to the public. "Our product is changes in the oil and gas industry, and what motivates this change is transparent information about what they are producing," says Vofsi.

Of course, the satellite is still on the drawing board, and many technical barriers are emerging. Even if everything goes according to the plan, MethaneSAT will not begin to produce valid data until the end of 2022.

Nevertheless, there is some evidence that may already have the effect of focusing in some parts of the industry. Fiji George, Climate and Sustainability Manager at Cheniere Energy, the largest exporter of liquefied natural gas in the US, had a long career in this sector, including the acquisition of Shell Oil and Southwestern Energy. "Після того, як ви отримаєте цю супутникову технологію", каже Джордж, "у 2022 році Стів Гамбург міг прийти і сказати:" Гей, цей об'єкт, ми картографували його кожні 14 хвилин і знаходили багато викидів. "Не знаючи, чи це допустимі викиди або подія утримання або стохастична подія, що створює більше невизначеності та занепокоєння та тиску на промисловість.

Якщо технічні проблеми можуть бути подолані, Джордж бачить нові технології виявлення метану як те, що промисловість повинна прийняти, якщо вона хоче, щоб природний газ мав місце в енергетичній суміші десятиліть відтепер і в світі, який серйозно ставиться до кліматичних цілей Парижа.

“Якщо це буде успішно, через п'ять років ми матимемо зовсім іншу перспективу з точки зору здат ості розуміти що впливає на ці зміни »в глобальному метані, каже Вофсі. «Тоді хтось міг би побудувати ще один на половину вартості і використати його для іншої місії. Ви могли б почати йти за джерелами сільського господарства, полігонами, болотами. Ви можете дивитися на будь-яку з них ».

Хоча поки що немає остаточного обвинувального висновку, спільнота детективів метану, здається, наближається до виключення одного ключового підозрюваного. "Атрибуція, яка була досить популярною кілька років тому, збільшувала природний газ", говорить Даніель Джейкоб, посилаючись на комбінацію ізотопних даних та моделей атмосферної інверсії своєю групою та іншими. – Вітер трохи вибив вітрила з вітрил. Ми дійсно не бачимо доказів для цього.

"Моє особисте відчуття в тому, що докази твердо вказують на природний біогенний джерело за цим зростанням."

Деякі дослідники, такі як Роберт Ховарт з Корнелла, залишаються впевненими що неконтрольовані викиди від видобутку нафти і газу – особливо fracking – систематично недооцінюються, і, ймовірно, за глобальним сплеском. "Це переконливий розповідь", говорить Пеп Канаделл, виконавчий директор Global Carbon Project, "але більша спільнота не підтримує цю точку зору."

У впливовій газеті 2016 року Nature Група вчених під керівництвом Стефана Швєтцке, колишнього вченого NOAA, який зараз працює для EDF, зібрала найбільший набір довгострокових даних про ізотопи з усіх джерел метану – мікробних, викопних видів палива, спалювання біомаси. Вони виявили, що викиди метану з викопного палива були принаймні на 60 відсотків більшими, ніж попередні найкращі оцінки, але з часом вони не збільшувалися

. Витоки нафти і газу не є відповідальними за глобальне зростання, але вони є набагато більшою проблемою, ніж вважалося раніше. І підключення їх залишається одним з найефективніших способів скорочення метану. За оцінками Міжнародного енергетичного агентства, 50 відсотків усіх витоків нафти і газу можуть бути зафіксовані при нульовій вартості.

Навіть якщо підозри відійшли від викопного палива, вони об'єднуються навколо тропічних водно-болотних угідь, найбільших глобального джерела метану. "Коли метан почав підніматися, незабаром після цього, C13 почав знижуватися", – каже Длугокенки. Все, що призводить до збільшення концентрації, «має бути джерелом метану, який легше, ніж середня суміш викидів в атмосферу. Що може це зробити? Мікробні джерела, такі як водно-болотні угіддя або жуйні тварини.

Тропічні водно-болотні угіддя можуть бути єдиним джерелом, достатньо динамічним, щоб пояснити як величину, так і раптовість шипа. Малоймовірно, що кількість худоби, іншого великого біогенного джерела, зросла досить швидко, щоб пояснити його.

Carl De Souza / AFP / Getty Images

Виробництво метану з водно-болотних угідь може швидко змінюватися з року в рік у відповідь на метеорологічні зрушення. Мікроби у водно-болотних угіддях можуть виробляти більше метану у відповідь на збільшені опади, або більш високі температури, або обидва. Або водно-болотні угіддя можуть рости в районі, затоплюючи все більше і більше поверхні землі, чи то через події Ель-Ніньо або інших кліматичних змінних.

. Вчені погоджуються, що моделі цих процесів стають кращими, але все ще потребують набагато більше роботи.

Щоб скласти карту розподілу водно-болотних угідь, дослідники покладалися на старі аеронавігаційні схеми сумнівної точності, говорить Брюхвайлер. Вони також використовують супутникові знімки для виявлення областей, які затоплені на суші, але вони мають обмежене використання в тропіках, де верхня рослинність і важка хмарна оболонка можуть маскувати стоячу воду. І вчені досі знають дуже мало про різні ізотопні сигнатури мікробного метану з водно-болотних угідь.

У довгостроковій перспективі спільні зусилля ЄФР щодо вивчення витоків нафти та газу Ерік Корт бачить потенційну дорожню карту досліджень для вирішення цих питань невизначеності. "Ця серія цільових досліджень, що розглядають нафтові та газові басейни, у ряді масштабів покращили наше розуміння викидів та процесів, які контролюють це", – говорить він. "Такі ж методи вимірювання можуть бути використані для поліпшення нашого розуміння водно-болотних угідь."

"Моє особисте відчуття полягає в тому, що докази твердо вказують на природний біогенний джерело, що стоїть за збільшенням", говорить Брюхвайлер. "І якщо це правда, це важливо, тому що це може свідчити про те, що існує зворотний зв'язок між природним біосферою Землі і потеплінням".

Як світ зігрівається, і його частини стають вологими, будуть мікроби У тропічних водно-болотних угіддях ще більше метану? Чи зможуть ті, що спляться в арктичній мерзлоті, випустити більше того величезного запасу замороженого вуглецю, як метан, ніж вуглекислий газ, що стимулює подальше потепління? Такі механізми зворотного зв'язку з відпрацьованими поїздами є елементами глобальної кліматичної системи, яка утримує вчених уночі. «Найважливішим науковим питанням, з яким ми стикаємося зараз, є питання зворотних зв'язків з вуглецевим кліматом», – говорить Брюхвайлер. "Питання, що дійсно важливо, що йде по дорозі?"

Тому вирішення таємниці метану має значення. Пошук відбитків людини на цих «природних» джерелах метану допоможе нам зрозуміти, що може мати майбутнє. Проте, навіть якщо нові засоби виявлення визначать водно-болотні угіддя головним рушієм, наше завдання залишатиметься незмінним: на додаток до швидкого скорочення викидів вуглекислого газу та інших парникових газів, скорочувати викиди метану настільки швидко і швидко, наскільки це можливо.

Незважаючи на всі аргументи щодо того, що призводить до зростання, починаючи з 2007 року, каже Корт, «протягом тривалого періоду часу немає жодних дебатів. Це зумовлено діяльністю людини. За останні 40 років зростання за цей період найкраще описується антропогенними викидами. Ці заяви не є суперечливими ».

« Головне, що ми підкреслюємо, в той час як ми розбираємося в цій науковій дискусії, – каже Гамбург, – це те, що воно жодним чином не зменшує здатність пом'якшувати метан з окремих джерел, Це означає агресивне виявлення та усунення витоків з нафтогазової інфраструктури, говорить він. Це також означає перетворення того, як ми ростемо, споживаємо та розпоряджаємося їжею, підкреслює Пеп Канаделл.

Два нових дослідження, опубліковані в лютому, посилюють актуальність витоків. У своєму недавньому документі, Dlugokencky і його колеги прийшли до висновку, що, незалежно від того, чи відбувається це через зміну раковини або зміна тропічних водно-болотних угідь, відновлення зростання метану планує досягти мети перебування нижче двох градусів потепління над доіндустріальними рівнями – ціль узгоджена дикі сходження метану залишає набагато менше місця – і менше часу – у нашому глобальному бюджеті викидів, ніж ми очікували.

Ще одне нове дослідження пропонує деяку надію, посилаючись на моделювання показує, що скорочення антропогенних викидів метану все ще може компенсувати "природні" витоки, які розморожування Арктики буде виробляти при більш високих температурах. Якщо це правда, то можна припустити, що катастрофічний зворотний зв'язок – в якому викиди парникових газів, що керуються людьми, розплавляють вічну планету планети, перетворюючи її з величезної вуглецевої одиниці зберігання у величезний новий джерело метану, що нагріває планету, що може призвести до подальшого потепління. уникнути. Але вчені також стверджують, що час, який можна уникнути для того, щоб уникнути того, що сценарій втечі-поїзду швидко зникає.

"Суть справи, – каже Канаделл, – це те, що метан зростає, і це не виглядає так, як скоро .

Більше великих WIRED Stories

Source link