أصبح الكشف عن تسربات غاز الميثان - وهو مساهم كبير في ظاهرة الاحتباس الحراري - ذا أهمية متزايدة في مكافحة تغير المناخ والحد من انبعاثات الغازات الدفيئة. ويقوم الباحثون بتسخير قوة تكنولوجيا الأقمار الصناعية المتطورة لرصد هذه التسريبات من الفضاء. والميثان هو أحد الغازات الدفيئة القوية وثاني أكبر عامل تدفئة للمناخ بعد ثاني أكسيد الكربون. على الرغم من أن طنًا من الميثان يدوم حوالي 10 سنوات فقط في الغلاف الجوي، إلا أنه على مدى قرن يحتفظ بالحرارة 30 مرة أكثر من طن من ثاني أكسيد الكربون. وهذا يعني أن الميثان يلعب دورًا قويًا في ارتفاع درجة حرارة الكوكب.
إن أداة Tropomi الموجودة على القمر الصناعي Copernicus Sentinel-5P هي أداة القمر الصناعي الوحيدة التي ترسم خريطة لتركيزات الميثان العالمية على أساس يومي. اليوم، كشف باحثون في معهد أبحاث الفضاء الهولندي SRON، عن خوارزمية جديدة تستخدم التعلم الآلي لاكتشاف أعمدة انبعاث غاز الميثان الفائقة تلقائيًا في بيانات Sentinel-5P. المصدر: وكالة الفضاء الأوروبية/SRON
ولكن إليك الأخبار الجيدة: نظرًا لأن غاز الميثان لا يبقى لفترة طويلة مثل ثاني أكسيد الكربون، فإنه يمنحنا فرصة لاتخاذ إجراءات مناخية سريعة نسبيًا. وإذا نجحنا في خفض انبعاثات غاز الميثان، فقد نتمكن في الواقع من رؤية انخفاض كبير في مستويات غاز الميثان على مستوى العالم في غضون عقد من الزمان فقط. وهذا بدوره يساعد على التخفيف من الزيادة في ظاهرة الاحتباس الحراري.
تُظهر هذه الصورة أحد أعمدة انبعاث غاز الميثان الفائقة التي اكتشفها كوبرنيكوس سنتينل-5 بي في مجموعة كشف في موقع لاستخراج النفط في ليبيا في 26 يوليو 2021. اكتشف القمر الصناعي GHGSat، الذي يراقب الأهداف التي اكتشفها تروبومي في المنطقة، انبعاثات من شعلة غير مضاءة. مصدر الصورة: وكالة الفضاء الأوروبية
الآن، دعونا نتحدث عن "البواعث الفائقة". بواعث الميثان هي أي مصدر للميثان، بما في ذلك العمليات الطبيعية مثل الأراضي الرطبة أو الأنشطة البشرية مثل الزراعة، ولكن بواعث الميثان الفائقة تطلق كميات كبيرة بشكل غير متناسب من الميثان مقارنة بالبواعث الأخرى.
غالبًا ما توجد هذه الانبعاثات الفائقة في المنشآت الصناعية، مثل عمليات النفط والغاز، ومناجم الفحم، وحتى مدافن النفايات، حيث يمكن أن تؤدي مشاكل المعدات أو البنية التحتية إلى تسربات كبيرة لغاز الميثان. إن مصادر الانبعاثات هذه هي "الثمرة الدانية" في سعينا لخفض الانبعاثات. لا يتطلب إصلاح هذه البواعث الفائقة حلولاً معقدة أو باهظة الثمن. وفي كثير من الحالات، يمكن للإصلاحات البسيطة نسبيًا أن تحقق فوائد مناخية كبيرة.
ومع ذلك، فإننا نواجه تحديًا: نحتاج أولاً إلى تحديد هذه البواعث الفائقة. وبهذه الطريقة، يمكن استهدافنا وإحداث فرق في مكافحة تغير المناخ.
إن أداة Tropomi الموجودة على متن القمر الصناعي Copernicus Sentinel-5P هي أداة القمر الصناعي الوحيدة التي تحدد تركيزات الميثان العالمية على أساس يومي.
ويقوم القمر الصناعي بقياس غاز الميثان من خلال مراقبة الغلاف الجوي للأرض، وتحديداً في نطاق الأشعة تحت الحمراء على الموجات القصيرة. تشبه هذه النطاقات بصمة فريدة للميثان، مما يسمح لـ Sentinel-5P باكتشاف وجود الميثان بدقة كبيرة.
تلعب هذه البيانات الغنية دورًا حيويًا في فهمنا واستجابتنا للعواقب المناخية والبيئية لانبعاثات غاز الميثان، مما يجعلها أداة لا غنى عنها في مكافحة تغير المناخ.
كشف الباحثون في معهد الفضاء SRON في هولندا عن خوارزمية جديدة تستخدم التعلم الآلي لاكتشاف أعمدة انبعاث غاز الميثان الفائقة تلقائيًا في بيانات Sentinel-5P.
كما أنه يقوم تلقائيًا بحساب الانبعاثات ذات الصلة بناءً على التركيزات المقاسة وسرعات الرياح المعاصرة.
تُظهر هذه الصورة رصدات الأقمار الصناعية لطبقات من تسرب غاز الميثان في الجزائر في 4 يناير 2020. وبالقرب من حقل حاسي مسعود للنفط والغاز في الجزائر، اكتشف باحثون من معهد الفضاء الهولندي SRON منشأة تسرب تنبعث منها غاز الميثان لمدة ستة أيام متتالية. في 4 يناير 2020، اكتشف Sentinel-5P عمودًا من غاز الميثان فوق الجزائر، يمتد لأكثر من 200 كيلومتر شمال شرق البلاد.
استخدم الفريق صور Sentinel-2 لتكبير مصدر عمود الميثان وتحديد الموقع الدقيق للتسرب باعتباره بئر نفط/غاز، بينما أظهر Sentinel-3 استمرار التسرب لمدة ستة أيام. مصدر الصورة: SRON/JPL (البيانات: تحتوي على بيانات Copernicus Sentinel المعدلة (2020)، تمت معالجتها بواسطة وكالة الفضاء الأوروبية)
يوضح بيريند شويت من SRON: "في السابق، حددنا يدويًا أكبر بواعث الهواء، ولكن لا يزال من الصعب البحث بين ملايين بكسلات تروبومي. غالبًا ما تغطي أعمدة الميثان بضع بكسلات فقط. الآن، نحصل تلقائيًا على قائمة الاكتشافات من نموذج التعلم الآلي كل يوم. ونتحقق يدويًا من هذه الاكتشافات كل أسبوع من النتائج، للتأكد من ثقتنا في نتائج الكشف. أما العشرات المتبقية من أعمدة الميثان، فننشرها عبر الإنترنت. ونمرر المعلومات حول التسريبات المستمرة إلى الآخرين الأقمار الصناعية ذات دقة أعلى حتى تتمكن من تحديد مصدر التسرب ويستخدم المرصد الدولي لانبعاثات الميثان التابع للأمم المتحدة هذه المعلومات للعمل مع الشركات أو السلطات المسؤولة لإيجاد الحلول.
وأضاف أحد المؤلفين المشاركين، برام ماساكيرز من SRON: "إن العشرات من أعمدة الميثان التي يكتشفها تروبومي كل أسبوع توفر فرصة العمر لمكافحة ظاهرة الاحتباس الحراري. إذا كانت مرئية من الفضاء، فهي خطيرة. الآن، ولأول مرة، لدينا صورة واضحة عن المدى الكامل لهذه الانبعاثات الفائقة". في منشورنا، نصف الأعمدة الـ 2974 التي اكتشفناها في عام 2021؛ وجاء 45% منها من منشآت النفط والغاز، لكننا رأينا أيضًا أعمدة من المناطق الحضرية (35%) ومناجم الفحم (20%). إن تأثير الانبعاثات البشرية المنشأ التي اكتشفناها على المناخ أكبر بكثير من إجمالي انبعاثات غازات الدفيئة في هولندا. وفي كثير من الحالات، يمكن إصلاح هذه التسريبات بسهولة."
تم نشر الورقة اليوم في مجلة كيمياء وفيزياء الغلاف الجوي ويمكن الاطلاع عليها هنا:
https://doi.org/10.5194/acp-23-9071-2023
نهج ثلاثي المستويات للكشف عن غاز الميثان
يعتمد الكشف عن انبعاثات الميثان عادةً على كوبرنيكوس سنتينل-5 بي. في الآونة الأخيرة فقط، بدأ العلماء في مراقبة انبعاثات غاز الميثان من الفضاء باستخدام مجموعة من البيانات من أقمار صناعية متعددة، بما في ذلك القدرات المجمعة للقمرين الصناعيين كوبرنيكوس سينتينل-5 بي وسنتينل-2.
تعمل هذه الأدوات الفضائية عالية التقنية معًا لرصد وتقييم انبعاثات الميثان على مستوى العالم، مما يسمح للباحثين ليس فقط بالكشف عن وجود الميثان ولكن أيضًا تحديد موقع الانبعاثات وقياسها بدقة.
ويشتهر Sentinel-5P، الذي يغطي الكرة الأرضية يوميًا، بقياسات الميثان عالية الدقة ويمكنه اكتشاف تسرب الميثان في أي مكان على الأرض. ومع ذلك، هناك مشكلة. الدقة المكانية منخفضة نسبيًا، فقط 7 × 5.5 كيلومتر. وهذا يعني أنه يمكنه تحديد وجود الميثان ولكن لا يمكنه تحديد مصدره.
ومن ناحية أخرى، فإن القمر الصناعي Sentinel-2 مجهز بأدوات متعددة النطاقات غير مصممة لمراقبة تركيزات الميثان ولكن يمكنها تحديد الموقع الدقيق لتسربات الميثان الرئيسية (التي تنبعث منها أكثر من طن واحد في الساعة) بدقة تصل إلى 20 مترًا.
فماذا عن مهمة Sentinel-3؟ تم تجهيز الأقمار الصناعية بمقاييس إشعاعية متعددة النطاقات يمكنها مراقبة نطاقات الأشعة تحت الحمراء ذات الموجات القصيرة الحساسة لتركيزات الميثان. توفر هذه الأقمار الصناعية تغطية عالمية يومية بدقة بكسل أرضية تبلغ 500 متر.
وفي ورقة بحثية حديثة نُشرت في Remote Sensing of Environment، وجد باحثو SRON أن القمر الصناعي Sentinel-3 يمكنه الحصول على قيم تعزيز غاز الميثان من قياسات نطاق الأشعة تحت الحمراء على الموجات القصيرة. ومن المثير للإعجاب أنه تمكن من اكتشاف الحد الأقصى من تسرب غاز الميثان بما لا يقل عن 10 أطنان في الساعة يوميًا، اعتمادًا على عوامل مثل الموقع وظروف الرياح. وهذا يضعها في موقع فريد لتحديد ومراقبة تسرب الميثان.