Luftföroreningarna i städerna i USA har minskat nästan kontinuerligt sedan 1970-talet.

Federala bestämmelser, särskilt Clean Air Act som antogs av president Nixon, för att minska giftiga luftföroreningar som bensen, ett kolväte, och ozon, en stark oxidant, sänkte effektivt sitt överflöd i omgivande luft med stadiga framsteg.

Men för ungefär 10 år sedan, bilden av luftföroreningar i USA började förändras. "Fracking-boomen" i flera olika delar av landet ledde till en ny källa av kolväten till atmosfären, påverkar mängder av både giftigt bensen och ozon, bland annat i områden som tidigare inte påverkats särskilt mycket av sådana luftföroreningar.

Som ett resultat, Under de senaste åren har det skett en ökning av forskningen för att avgöra omfattningen av utsläppen från frackade olje- och gaskällor – som kallas "okonventionella" källor i branschen. Även om mycket diskussion har kring metanutsläpp, en växthusgas, mindre uppmärksamhet har ägnats åt luftgifter.

Uppströms utsläpp

Fracking är en term som kan väcka starka känslor bland sina motståndare och förespråkare. Det är faktiskt en kombination av tekniker, inklusive hydraulisk frakturering, som har gjort det möjligt för borrare att hämta kolväten från bergformationer som en gång inte var lönsamma att tappa.

Borrare krossar lager av skiffersten med högtrycksvatten, sand och kemikalier för att starta flödet av kolväten från en brunn. Själva den hydrauliska sprickprocessen, förutom den stora efterfrågan på vatten, är möjligen det minst miljöpåverkande steget längs hela operativa kedjan av borrning efter kolväten. Det kan argumenteras att, de mer relevanta miljöeffekterna är hantering och bortskaffande av avloppsvatten, samt utsläpp av ångor från lagring och distribution av olja och gas.

Produktionen, distribution och användning av kolväten har alltid lett till vissa utsläpp till luften, antingen direkt via (avsiktliga eller oavsiktliga) läckor, eller under ofullständig förbränning av bränslen. Dock, genom regleringar och teknisk innovation, vi har minskat denna källa dramatiskt under de senaste 30 åren, ungefär med en faktor 10.

Ändå, varhelst kolväten produceras, raffinerad eller lagrad, det kommer att ske vissa utsläpp av föroreningar. I frackingens tid, den stora verksamheten vid konventionella brunnsplatser har ersatts av hundratals brunnsplattor som sprider sig i landskapet. Var och en kräver transport av vatten, kemikalier och utrustning till och från dessa dynor samt avlägsnande av avloppsvatten, och ingen är reglerad som vilken större anläggning som helst.

Som ett resultat, okonventionell produktion har inte bara ökat lastbilstrafiken och relaterade utsläpp i skifferområden, men också etablerat en förnyad källa till kolväten. De kommer in i atmosfären från läckor vid ventiler, rör, separatorer och kompressorer, eller genom avgasventiler på tankar. Tillsammans med kväveoxidutsläpp, till stor del från dieselmotorer i lastbilar, kompressorer och borriggar, dessa kolväten kan bilda betydande mängder skadliga, marknära ozon under dagtid.

Mätningsutmaningar

Under 2011, en papper hävdade att metanutsläpp från okonventionella källor jämfört med konventionell olje- och gasutvinning underskattades avsevärt. Forskare började på allvar undersöka kolväteutsläpp från frackingverksamhet. Och således har en betydande mängd litteratur utvecklats sedan 2013, varav mycket fokuserar på metanutsläpp, huvudkomponenten i naturgas och en potent växthusgas.

EPA håller reda på metanutsläpp i sin växthusgasinventering, men siffrorna är baserade på uppskattningar som utvecklades under 1980- och 1990-talen och sammanställs genom beräkningar och självrapportering av industrin.

Faktiskt, både satellit- och atmosfärsmätningar tyder på att EPA:s uppskattningar kan underskatta verkliga metanutsläpp med upp till en faktor två. Och om detta är sant för metan, Samutsläppta kolvätegaser är sannolikt också underskattade.

Ozonbildning

Som i många sådana fall, nyanser finns.

Luftburna mätningar av NOAA tyder på att EPA:s metanuppskattningar kan vara tillämpliga på äldre, mogna skifferområden med mestadels naturgasproduktion. Men det är inte fallet i yngre skifferområden som också producerar stora mängder olja vid sidan av naturgas, som Bakken i North Dakota. Utsläppen från bara Bakken kan vara så stora att de står för ungefär hälften av den förnyade ökningen av atmosfäriskt etan på norra halvklotet sedan frackingboomens början.

Liknande, våra egna studier för Eagle Ford-skiffern i södra centrala Texas tyder på att kolväteutsläppen är högre än vad som för närvarande beräknas. Detta ökar potentialen för regional ozonbildning eftersom dessa kolväten oxideras i atmosfären i närvaro av kväveoxider. Och eftersom Ozon National Ambient Air Quality Standard nyligen sänktes till 70 delar per miljard, med ozon i San Antonio i motvind från Eagle Ford som trendar nära den gamla tröskeln på 75 ppb, påverkan av skifferkolväteutsläpp är inte trivial.

San Antonios ozonproblem är inte unika. I vissa områden, decennier långa framsteg när det gäller ozonluftkvalitet har avstannat; i andra, särskilt Uintah-bassängen i Utah, ett nytt ozonproblem har uppstått på grund av frackingindustrins utsläpp.

Bensen

Förutom effekter på ozontrender, ökningen av kolväteutsläppen har också lett till att en luftgift har återuppstått som tros vara en historia från det förflutna i USA:bensen. Till skillnad från ozon, som övervakas brett, bensen är det inte. Dock, eftersom det är ett känt cancerframkallande ämne, det har länge varit på tillsynsmyndigheternas radar.

Rutinmässigt uppmätt över 1 del per miljard i stadsområden på 1970- och 80-talen, halterna av bensen i städerna har sjunkit 5-10 procent per år, liknande andra luftföroreningar, under de senaste 20 till 30 åren. Årliga genomsnittliga bensennivåer är nu under 1,5 delar per miljard på över 90 procent av platser som övervakar bensen regelbundet, men få sådana övervakningsstationer finns i eller nära skifferområden.

Höga nivåer av bensen i skifferområden, såsom nära brunnsplattor i Barnett-skiffern i Texas, registrerades tidigt in i fracking-boomen, men få kontinuerliga luftövervakningsdata finns tillgängliga än i dag, med praktiskt taget inga data före fracking-boomen för jämförelse.

Även om bensen i allmänhet övervakas under nivåer som Texas Commission on Environmental Quality (TCEQ) skulle vara oroad över, det blir tydligt att halterna måste ha ökat på landsbygdens skifferområden.

Vår fingeravtrycksanalys av 2015 års data från den nyaste luftmonitorn i Karnes City, Texas, i mitten av Eagle Ford-skiffern, tyder på att mindre än 40 procent av bensen fortfarande är relaterat till avgasutsläpp, dess tidigare dominerande utsläppskälla. Istället, över 60 procent är nu kopplat till olika olje- och gasprospekteringsaktiviteter, inklusive gaseldning.

Studier från Colorado och Texas visar att förhöjda nivåer av bensen i skifferområden är tydligt korrelerade med andra kolvätegaser som släpps ut från olje- och gasprospektering.

Hälsoeffekter

Även om ozon fördelas relativt jämnt i en region, primära utsläpp av bensen och andra icke-metankolväten kommer att vara i högre koncentrationer i luften bredvid källor. Därför, De flesta övervakningsstationer för ozon är ganska representativa för ett större område. Att övervaka bensen långt från sina dominerande källor i skifferområden ger ingen representativ bild.

Riskerna för människor som bor i skifferområden är förhöjda av deras närhet till brunnsplattor. Pågående hälsoforskning har visat att vissa mindre hälsoeffekter som bihåleinflammation, migrän och trötthet, men också sjukhusvistelse och vissa fosterskador, är identifierbart kopplade till ett områdes brunnstäthet eller ett hems avstånd till olje- och gaskällor som en proxy för exponering, motiverar mer detaljerad forskning.

Sammanfattningsvis, skifferboomen har skapat en ny källa för storskalig, diffusa kolväteutsläpp som negativt påverkar nivåerna av luftgifter. Även om effekterna är subtila, de hände i områden i allmänhet utan övervakning av luftföroreningar, gör uppskattningar av trender svåra.

I många fall, dessa föroreningar kan minskas genom förnuftiga utsläppsminskningsåtgärder, och vissa företag inför eller planerar att införa god praxis. Ändå, fortsatt tillväxt av frackingindustrin samt planer på att ta bort bestämmelser om metanutsläpp kommer inte att lindra höga kolväteutsläpp och tillhörande regionala ozonproblem.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.