Eine Möglichkeit zur Freisetzung von Methan aus Öl- und Gasanlagen ist das Abfackeln, bei dem überschüssiges Erdgas absichtlich in die Luft verbrannt wird. Die EMIT-Mission der NASA hat in ihrer mehr als einjährigen Laufzeit gezeigt, dass sie in der Lage ist, Methan- und andere Treibhausgasemissionen aus dem Weltraum zu erkennen.
Seit dem Start vor 16 Monaten ist das EMIT-Bildgebungsspektrometer an Bord der Internationale Raumstation hat gezeigt, dass es mehr als nur Oberflächenmineralien erkennen kann.
Mehr als ein Jahr nach der ersten Entdeckung von Methanfahnen an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) werden nun Daten des NASA-Instruments EMIT verwendet, um punktuelle Treibhausgasemissionen mit einer Kompetenz zu identifizieren, die selbst die Entwickler überrascht hat.
Mission und Fähigkeiten von EMIT
EMIT, kurz für Earth Surface Mineral Dust Source Investigation, wurde im Juli 2022 ins Leben gerufen, um zehn wichtige Mineralien auf der Oberfläche der Trockengebiete der Welt zu kartieren. Diese mineralbezogenen Beobachtungen, die Forschern und der Öffentlichkeit bereits zur Verfügung stehen, werden dazu beitragen, das Verständnis darüber zu verbessern, wie Staub, der in die Atmosphäre gelangt, das Klima beeinflusst.
Der Nachweis von Methan war nicht Teil der Hauptaufgabe von EMIT, aber die Konstrukteure des Instruments erwarteten, dass das bildgebende Spektrometer über diese Fähigkeit verfügen würde. Nachdem seit August 2022 mehr als 750 Emissionsquellen identifiziert wurden – einige davon sind klein, andere liegen an abgelegenen Orten und wieder andere sind im Laufe der Zeit bestehen geblieben – hat das Instrument in dieser Hinsicht laut einer neuen, in der Fachzeitschrift veröffentlichten Studie mehr als nur Erfolge erzielt Wissenschaftliche Fortschritte.
EMIT identifizierte am 1. September 2022 eine Ansammlung von 12 Methanfahnen in einem 150 Quadratmeilen (400 Quadratkilometer) großen Gebiet im Süden Usbekistans. Das Instrument erfasste die Ansammlung in einer einzigen Aufnahme, die von Forschern als Szene bezeichnet wurde. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Methanemissionen und Klimawandel
„Wir waren zunächst etwas vorsichtig, was wir mit dem Instrument machen könnten“, sagte Andrew Thorpe, ein Forschungstechnologe im EMIT-Wissenschaftsteam bei NASA‘s Jet Propulsion Laboratory in Südkalifornien und Hauptautor des Artikels. „Es hat unsere Erwartungen übertroffen.“
Durch das Wissen, woher die Methanemissionen kommen, haben Betreiber von Deponien, landwirtschaftlichen Standorten, Öl- und Gasanlagen und anderen Methanproduzenten die Möglichkeit, diese zu bekämpfen. Die Verfolgung der vom Menschen verursachten Methanemissionen ist für die Begrenzung des Klimawandels von entscheidender Bedeutung, da sie einen vergleichsweise kostengünstigen und schnellen Ansatz zur Reduzierung von Treibhausgasen bietet. Methan verbleibt etwa ein Jahrzehnt lang in der Atmosphäre, doch während dieser Zeitspanne ist es bei der Speicherung von Wärme bis zu 80-mal stärker als Kohlendioxid, das Jahrhunderte lang verbleibt.
Wenn starke Winde auf einem Kontinent mineralischen Gesteinsstaub (wie Calcit oder Chlorit) aufwirbeln, können die in der Luft schwebenden Partikel Tausende von Kilometern zurücklegen und völlig andere Kontinente befallen. In der Luft schwebender Staub kann die Atmosphäre und die Erdoberfläche erwärmen oder abkühlen. Dieser Erwärmungs- oder Kühleffekt steht im Mittelpunkt der NASA-Mission Earth Surface Mineral Dust Source Investigation (EMIT). Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Überraschende Ergebnisse
EMIT hat sich beim Aufspüren großer (Zehntausende Pfund Methan pro Stunde) und überraschend kleiner (bis zu Hunderten Pfund Methan pro Stunde) Emissionsquellen als wirksam erwiesen. Dies ist wichtig, da es die Identifizierung einer größeren Anzahl von „Superemittenten“ ermöglicht – Quellen, die unverhältnismäßig große Anteile an den Gesamtemissionen verursachen.
Die neue Studie dokumentiert, wie EMIT auf der Grundlage seiner ersten 30 Tage der Treibhausgasdetektion 60 bis 85 % der Methanfahnen beobachten kann, die typischerweise bei luftgestützten Kampagnen zu sehen sind.
In einer abgelegenen Ecke im Südosten Libyens entdeckte EMIT am 3. September 2022 eine Methanwolke, die etwa 979 Pfund (444 Kilogramm) pro Stunde ausstieß. Es handelt sich um eine der kleinsten Quellen, die das Instrument bisher entdeckt hat. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Vergleich mit luftgestützter Erkennung
Aus mehreren tausend Fuß Höhe über dem Boden sind Methan-Erkennungsinstrumente in Flugzeugen empfindlicher, aber um die Entsendung eines Flugzeugs zu rechtfertigen, benötigen Forscher im Voraus Hinweise darauf, dass sie Methan erkennen werden. Viele Gebiete werden nicht untersucht, weil sie als zu abgelegen, zu riskant oder zu kostspielig gelten. Darüber hinaus decken die durchgeführten Kampagnen für kurze Zeiträume relativ begrenzte Gebiete ab.
Andererseits sammelt EMIT aus einer Höhe von etwa 250 Meilen (400 Kilometern) auf der Raumstation Daten über einen großen Teil des Planeten – insbesondere die Trockengebiete, die zwischen dem 51,6 Grad nördlicher und südlicher Breite liegen. Das bildgebende Spektrometer erfasst 50 Meilen mal 50 Meilen (80 Kilometer mal 80 Kilometer) große Bilder der Oberfläche – Forscher nennen sie „Szenen“ – einschließlich vieler Regionen, die außerhalb der Reichweite luftgestützter Instrumente lagen.
„Die Anzahl und das Ausmaß der von EMIT rund um unseren Planeten gemessenen Methanfahnen sind atemberaubend“, sagte Robert O. Green, a JPL leitender Forschungswissenschaftler und Hauptforscher des EMIT.
Dieses Zeitraffervideo zeigt den Canadarm2-Roboterarm der Internationalen Raumstation, wie er die EMIT-Mission der NASA auf die Außenseite der Station manövriert. Auszug aus dem SpaceX Die Raumsonde Dragon begann am 22. Juli gegen 17:15 Uhr PDT und wurde am 24. Juli um 10:15 Uhr PDT fertiggestellt. Teile der Installation wurden weggelassen, während andere beschleunigt wurden. Bildnachweis: NASA
Szene-für-Szene-Erkennungen
Um die Quellenidentifizierung zu unterstützen, erstellt das EMIT-Wissenschaftsteam Karten von Methanfahnen und veröffentlicht sie auf einer Website. Die zugrunde liegenden Daten sind im gemeinsamen Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC) der NASA und des United States Geological Survey verfügbar. Die Daten der Mission stehen der Öffentlichkeit, Wissenschaftlern und Organisationen zur Nutzung zur Verfügung.
Seit EMIT im August 2022 begann, Beobachtungen zu sammeln, hat es über 50.000 Szenen dokumentiert. Das Instrument entdeckte am 1. September 2022 eine Ansammlung von Emissionsquellen in einer selten untersuchten Region im Süden Usbekistans und entdeckte 12 Methanfahnen mit einer Gesamtmenge von etwa 49.734 Pfund (22.559 Kilogramm) pro Stunde.
Darüber hinaus hat das Instrument Federn entdeckt, die weitaus kleiner sind als erwartet. Eine der bislang kleinsten Quellen, die am 3. September 2022 in einer abgelegenen Ecke im Südosten Libyens erfasst wurde, emittierte laut Schätzungen der lokalen Windgeschwindigkeit 979 Pfund (444 Kilogramm) pro Stunde.
Referenz: „Zuordnung einzelner Methan- und Kohlendioxid-Emissionsquellen mithilfe von EMIT-Beobachtungen aus dem Weltraum“ von Andrew K. Thorpe, Robert O. Green, David R. Thompson, Philip G. Brodrick, John W. Chapman, Clayton D. Elder, Itziar Irakulis-Loitxate, Daniel H. Cusworth, Alana K. Ayasse, Riley M. Duren, Christian Frankenberg, Luis Guanter, John R. Worden, Philip E. Dennison, Dar A. Roberts, K. Dana Chadwick, Michael L. Eastwood, Jay E. Fahlen und Charles E. Miller, 17. November 2023, Wissenschaftliche Fortschritte.
DOI: 10.1126/sciadv.adh2391
Mehr über die EMIT-Mission
EMIT wurde im Rahmen der Earth Venture Instrument-4-Ausschreibung im Rahmen der Earth Science Division des Science Mission Directorate der NASA ausgewählt und im Jet Propulsion Laboratory der NASA entwickelt, das für die Agentur von Caltech in Pasadena, Kalifornien, verwaltet wird. Die Daten des Instruments stehen im NASA Land Processes Distributed Active Archive Center zur Nutzung durch andere Forscher und die Öffentlichkeit zur Verfügung.