Med naturgas som blomstrar över Front Range, borriggar kan arbeta inom fot från boskapsfarmar. Att delad markanvändning kan förvirra försök att förstå trender inom metan, en växthusgas och luftföroreningar – de gaser som släpps ut från dessa olika källor smälter samman.

För att reda ut dem, ett team som leds av CIRES har utvecklat en ny, kostnadseffektiv teknik för att effektivt mäta metan och en cocktail av tillhörande kemikalier i atmosfären, och att skapa en slags kemisk identifieringsetikett för metankällor.

"Metan är en viktig växthusgas. Men den har en hög global koncentration så det kan vara utmanande att se dess specifika källor, " sa Natalie Kille, CIRES Ph.D. student och huvudförfattare på studien som publicerades idag i AGU-tidskriften Geofysiska forskningsbrev . "Denna teknik tillåter oss att ta bort bakgrundsmetankoncentrationerna i vår analys för att tydligt se unika kemiska spårämnen."

"Spårämnen" är kemikalier som är unika för en enda källa:etan är ett utmärkt spårämne för olje- och gasverksamhet, till exempel; och ammoniak är ett spårämne för nötkreatur, ansvarig för den omisskännliga kolukten. Att mäta nivåerna av dessa två spårämnen hjälpte teamet att reda ut källor till metan som produceras lokalt av både jordbruk och olje- och gasverksamhet.

Med hjälp av instrument som sitter på marken och mäter luften ovanför, de kan omedelbart fånga en ögonblicksbild av kemiska koncentrationer för metan och dess spårämnen i luftpelaren som når från ytan hela vägen upp till toppen av atmosfären. Teamet använder sedan denna information för att ta bort metanbakgrunden - ett begrepp som kallas "överskottskolumn" - så att spårämnena kan stå i centrum.

"Detta var den första studien som mätte överskott av kolumner av alla dessa molekyler samtidigt, sa Rainer Volkamer, CIRES-stipendiat, CU docent i kemi, och motsvarande författare om studien. "Detta ger oss ett bättre handtag för att separera och kvantifiera metankällor i regional skala."

Teamet skapade ett nätverk av dessa små instrument över Colorados Front Range. Frank Hase och Thomas Blumenstock med tyska Karlsruhe Institute of Technology utvecklade en roman, bärbar spektrometer som kan göra mycket exakta metanmätningar. Och CIRES/CU Boulder försåg Volkamers University of Colorado "CU mobile Solar Occultation Flux"-instrument som mätte de kemiska spårämnena etan och ammoniak. Båda enheterna utnyttjar solljus för att identifiera varje molekyl genom dess ljusabsorberande fingeravtryck.

"Dessa två instrument sattes upp sida vid sida i Eaton, Colorado, inom vad vi kallar "metankupolen" i Denver-Julesburg Basin, ", sa Volkamer. "I de områden där naturgas- och boskapsodlingsplatser finns, metan släpps ut, och blandar ihop från båda källorna, bildar en bubbla inuti det atmosfäriska gränsskiktet som expanderar och drar ihop sig som om den andades."

För att mäta bakgrundskoncentrationerna av metan, teamet satte upp ytterligare två KIT-instrument (ett som drivs av National Center for Atmospheric Research) utanför metankupolen, i Boulder och Westminster, var och en cirka 60 miles från Eaton. Dessa data hjälpte Kille att beräkna - och sedan ta bort - bakgrundskoncentrationen av metan för att isolera lokalt producerad metan och dessa två viktiga kemiska spårämnen.

I tidigare arbete för att reda ut källor till metan, forskare har ofta samlat kolvprover av luft, antingen från marken eller med flygplan, för detaljerad analys tillbaka i ett laboratorium. Men vissa kemikalier, inklusive ammoniak, kan fastna på insidan av vissa behållare, skapa utmaningar.

I det här arbetet, de små och bärbara instrumenten kunde placeras ut nästan var som helst för realtidsmätningar av den öppna atmosfären. I Eaton, teamet ställer upp på parkeringen bakom ett bed and breakfast.

Baserat på data från fem dagars mätningar under 2015, teamet fann att olje- och naturgasverksamheten var ansvarig för det mesta av metanet som producerades i Denver-Julesburg Basin, med jordbrukskällor som utgör en viktig men mindre källa.

Studien avslöjade också några förbryllande observationer som kommer att kräva ytterligare utforskning:till exempel, när metankoncentrationerna är mycket låga, jordbrukskällorna är relativt sett mer betydande.

Dessa resultat kan hjälpa naturgasoperatörer, boskapsbönder, och deras tillsynsmyndigheter fattar mer välgrundade beslut om metanreducering.

I framtiden, forskarna hoppas kunna generera en långsiktig tidsserie över flera säsonger för att se hur metankällorna i regionen förändras över tiden - en bedrift som blir möjlig med låg kostnad, autonoma sensornätverk som detta. Forskare kan också arbeta för att jämföra dessa data med de som samlats in från satelliter, att utveckla bästa praxis för att informera satellitobservationer, sa Volkamer.

Den här historien återpubliceras med tillstånd av AGU Blogs (http://blogs.agu.org), en gemenskap av jord- och rymdvetenskapsbloggar, värd av American Geophysical Union. Läs originalberättelsen här.