خريطة عالمية لتتبع تركيزات الميثان في الكرة الأرضية.. لماذا الميثان مهم في مكافحة التغير المناخي؟

كتبت : حبيبة جمال

نظرة عامة عالمية تُظهر موقع وقوة جميع الشعاب العالية لانبعاث الميثان المكتشفة في عام 2021 باستخدام جهاز Copernicus Sentinel-5P Tropomi.

جهاز Tropomi الموجود على متن القمر الصناعي Copernicus Sentinel-5P هو الجهاز الوحيد الذي ينتج خريطة عالمية لتركيزات الميثان يوميًا.

اليوم، أعلن باحثون من معهد SRON Netherlands للبحوث الفضائية عن خوارزمية جديدة تكتشف تلقائيًا الشعاب العالية لانبعاث الميثان في بيانات Sentinel-5P باستخدام التعلم الآلي.

في  إطار السعي لمواجهة تغير المناخ والحد من انبعاثات الغازات الدفيئة، أصبح اكتشاف تسربات الميثان – وهو مساهم قوي في الاحتباس الحراري العالمي – أمرًا حيويًا بشكل متزايد، يقوم الباحثون بتوظيف قدرات تكنولوجيا الأقمار الصناعية المتطورة لمراقبة هذه التسربات من الفضاء.

لماذا الميثان مهم في مكافحة التغير المناخي؟

الميثان هو غاز دفيء قوي وهو ثاني أكبر مساهم في ارتفاع درجة حرارة المناخ بعد ثاني أكسيد الكربون.

طن من الميثان، على الرغم من عمره الأقصر البالغ حوالي 10 سنوات في الغلاف الجوي، يمكن أن يحتفظ بحرارة تصل إلى 30 مرة أكثر من طن من ثاني أكسيد الكربون على مدى قرن. هذا يعني أنه عندما يتعلق الأمر بتسخين كوكبنا، الميثان هو لاعب قوي.

لكن هنا الأخبار الجيدة: بسبب عدم استمرارية الميثان كثيرًا مثل ثاني أكسيد الكربون، فإنه يتيح لنا فرصة لاتخاذ إجراءات مناخية سريعة نسبيًا، إذا قللنا من انبعاثات الميثان، فيمكننا أن نرى فعلاً تقليلًا ملموسًا في مستويات الميثان العالمية في غضون عقد واحد فقط. وهذا، بدوره، يساعد في التخفيف من التأثير المحسن للغازات الدفيئة.

الآن، دعنا نتحدث عن “المنبعثين الفائقين”، بينما يشير المنبعثون للمصادر المختلفة للميثان بدءًا من العمليات الطبيعية مثل الأراضي الرطبة أو الأنشطة البشرية مثل الزراعة، يقوم المنبعثون الفائقون بإطلاق كمية مفرطة من الميثان مقارنة بالمنبعثين الآخرين.

عادة ما يتم العثور على هؤلاء المنبعثين الفائقين في المنشآت الصناعية، مثل عمليات النفط والغاز، ومناجم الفحم، أو حتى المطامر، التي تعاني من مشاكل في المعدات أو البنية التحتية تؤدي إلى تسربات ميثان كبيرة.

هؤلاء المنبعثين الفائقين هم الفواكه المنخفضة الواقعة في طريقنا نحو خفض الانبعاثات. إصلاح هؤلاء المنبعثين الفائقين لا يتطلب حلولًا معقدة أو مكلفة. في كثير من الحالات، يمكن أن يؤدي إصلاحات بسيطة نسبيًا إلى مكاسب مناخية كبيرة.

أعلن باحثون من معهد سرون الهولندي لأبحاث الفضاء عن خوارزمية جديدة تكتشف تلقائيًا سحب المنبعثين الفائقين للميثان في بيانات سنتينيل-5P باستخدام التعلم الآلي.

حساب الانبعاثات

يقوم أيضًا بحساب الانبعاثات المرتبطة تلقائيًا بناءً على التراكيز المقاسة وسرعات الرياح المتزامنة.

بريند شوت من SRON يشرح: “في السابق، كنا نحدد يدويًا أكبر المنبعثين، ولكن من الصعب البحث في الملايين من بكسلات Tropomi، غالبًا ما يغطي سحابة الميثان بضعة بكسلات فقط. الآن نحصل تلقائيًا على قائمة بالكشفات من نموذج التعلم الآلي كل يوم.

وأوضح “نتحقق من ذلك يدويًا كل أسبوع للتأكد من ثقتنا في الكشفات. وما تبقى، العشرات من سحب الميثان كل أسبوع، نقوم بنشرها على الإنترنت، نقوم بإبلاغ التسريبات المستمرة للأقمار الصناعية الأخرى ذات الدقة العالية حتى يتمكنوا من تحديد المصدر بدقة”.

تستخدم هذه المعلومات من قبل المرصد الدولي لانبعاثات الميثان التابع للأمم المتحدة لإيجاد حل معًا مع الشركات أو السلطات المسؤولة.

أضاف برام ماساكرز، المشارك في الدراسة، “تلك العشرات من سحب الميثان التي يكشف عنها تروبومي كل أسبوع تمثل فرصة ذهبية في مكافحة الاحتباس الحراري العالمي”، “إذا كانت مرئية من الفضاء، فهذا أمر جدي. لأول مرة، نحصل الآن على صورة عالمية جيدة لهذه المنبعثات الفائقة. في نشرتنا، نصف 2974 سحبًا وجدناها في عام 2021؛ 45٪ منشأها من منشآت النفط والغاز ولكننا نرى أيضًا سحبًا من المناطق الحضرية (35٪) ومناجم الفحم (20٪).

“نكتشف الانبعاثات البشرية التي لها تأثير مناخي أكبر بكثير من إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في هولندا. في كثير من الحالات، يمكن إصلاح تسربات تلك السحب بسهولة”.

نهج ثلاثي المستويات للكشف عن غاز الميثان

عادة، يعتمد الكشف عن انبعاثات الميثان على كوبرنيكوس سينتينل-5P. حتى وقت قريب إلى حد ما، بدأ العلماء فقط في تسخير قوة الجمع بين البيانات من الأقمار الصناعية المتعددة لمراقبة انبعاثات غاز الميثان من الفضاء والتي تضمنت القدرات المشتركة للقمرين الصناعيين Copernicus Sentinel-5P وSentinel-2.

تعمل هذه الأدوات الفضائية عالية التقنية جنبًا إلى جنب لرصد وتقييم انبعاثات الميثان على نطاق عالمي، مما يسمح للباحثين ليس فقط بالكشف عن وجود الميثان ولكن أيضًا تحديد مكان الانبعاثات وقياسها بدقة.

بفضل التغطية العالمية اليومية، يشتهر Sentinel-5P بقياسات الميثان عالية الدقة ويمكنه اكتشاف تسرب الميثان في أي مكان على الأرض، ومع ذلك، هناك مشكلة. الاستبانة المكانية خشنة نسبيًا، حيث تبلغ 7×5.5 كم، وهذا يعني أنه يمكنه تحديد وجود الميثان ولكن لا يمكنه تحديد مصدره بدقة.

من ناحية أخرى، فإن الأقمار الصناعية Sentinel-2 مجهزة بأدوات متعددة النطاقات غير مصممة لمراقبة تركيزات الميثان ولكن يمكنها تحديد المواقع الدقيقة لتسربات الميثان الرئيسية (التي تنبعث منها أكثر من طن واحد في الساعة) بدقة ملحوظة تبلغ 20 درجة. لكن Sentinel-2 يفتقر إلى التغطية العالمية اليومية، لذلك قد يفشل في التقاط البيانات المهمة خلال فترات انبعاث معينة.

ولكن ماذا 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 بشكل يومي ودقة بكسل أرضية تبلغ 500 متر.

مراقبة تسرب الميثان

في بحث نُشر مؤخرًا في Remote Sensing of Environment، وجد باحثون من SRON أن الأقمار الصناعية Sentinel-3 يمكنها استرجاع تحسينات غاز الميثان من قياسات نطاق الأشعة تحت الحمراء على الموجات القصيرة، ومن المثير للإعجاب أنه يمكنه اكتشاف أكبر تسرب لغاز الميثان يصل إلى 10 أطنان على الأقل في الساعة، اعتمادًا على عوامل مثل الموقع وظروف الرياح، كل يوم، وهذا يضعها في موقع فريد لتحديد ومراقبة تسرب الميثان.

بالقرب من حقل حاسي مسعود للنفط والغاز في الجزائر، حدد الباحثون انبعاثًا مستمرًا لغاز الميثان من منشأة مسربة لمدة ستة أيام. امتد عمود الميثان، الذي اكتشفه Sentinel-5P فوق الجزائر في 4 يناير 2020، لأكثر من 200 كيلومتر شمال شرق البلاد.

استخدم الفريق صورة Sentinel-2 لتكبير مصدر الأعمدة وتحديد الموقع الدقيق للتسرب وهو بئر نفط/غاز، بينما أظهر Sentinel-3 استمرار التسرب لمدة ستة أيام.

تحديد المصدر الدقيق المسؤول على مستوى المنشأة

عند تحليل هذه التسريبات، قدم كل من Sentinel-2 وSentinel-3 تقديرات مماثلة لانبعاثات الميثان – مما يوضح فائدة Sentinel-3 في قياس الانبعاثات، يتيح الجمع بين البيانات من هذين القمرين الصناعيين للباحثين إمكانية تكبير الصورة بدقة وتحديد وقياس ومراقبة مصادر الميثان المقابلة للأعمدة التي تمت ملاحظتها في عمليات المسح العالمية التي أجراها Sentinel-5P.

علق سودهانشو باندي، المؤلف الرئيسي والعالم الآن في مختبر الدفع النفاث التابع لناسا (JPL)، قائلًا: “من كان يظن أنه بإمكاننا استخدام ثلاث بعثات Sentinel مختلفة في نهج متدرج لاكتشاف أول بواعث غاز الميثان الفائقة من الفضاء على مستوى العالم باستخدام تروبومي على Sentinel- 5P، ثم تكبير الصورة باستخدام Sentinel-3 وSentinel-2، يمكننا تحديد المصدر الدقيق المسؤول على مستوى المنشأة، هذا هو نوع المعلومات التي نحتاجها لاتخاذ إجراءات سريعة”.

وفي مكافحة تغير المناخ، يشكل فهم انبعاثات غاز الميثان والتخفيف منها أهمية قصوى، يظهر Sentinel-3، بمزيجه الفريد من التغطية العالمية اليومية والكشف عالي الدقة عن غاز الميثان، كأحد الأصول القيمة في ترسانة الأدوات اللازمة لتعقب ومعالجة هذه التسريبات بعيدة المنال.

ومع تقدم التكنولوجيا وتعمق فهمنا، سوف تلعب عمليات الرصد عبر الأقمار الصناعية دوراً محورياً في الجهود العالمية لمكافحة تغير المناخ.