Olje- och gasproduktionen har fördubblats i vissa delar av USA under de senaste två åren, och forskare kan använda satelliter för att se effekterna av den trenden:en betydande ökning av utsläppet av den lungirriterande luftföroreningen kvävedioxid, till exempel, och en mer än fördubbling av mängden gas som flammade upp i atmosfären.

"Vi ser industrins växande inverkan från rymden, sa Barbara Dix, en forskare vid Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) vid University of Colorado Boulder och huvudförfattare till den nya bedömningen publicerad i AGU-tidskriften Geofysiska forskningsbrev . "Vi är verkligen vid den punkt där vi kan använda satellitdata för att ge feedback till företag och tillsynsmyndigheter, och se om de lyckas med att reglera utsläpp."

Dix och ett team av amerikanska och holländska forskare gav sig i kast med att se om en serie satellitbaserade instrument kunde hjälpa forskare att förstå mer om kväveoxidföroreningar (inklusive kvävedioxid) som kommer från motorer i amerikanska olje- och gasfält. Förbränningsmotorer producerar kväveoxider, som är irriterande i luftvägarna och kan leda till bildning av andra typer av skadliga luftföroreningar, som marknära ozon.

På olje- och gasborrnings- och produktionsplatser, det kan finnas flera små och stora förbränningsmotorer, borrning, komprimera gas, separera vätskor och gaser, och att flytta gas och olja genom rör och lagringsbehållare, sa medförfattaren Joost de Gouw, en CIRES-stipendiat och kemiprofessor vid CU Boulder. Utsläppen från dessa motorer kontrolleras inte. "Bilar har katalysatorer, stora industristaplar kan ha utrustning för att minska utsläppen..." sa de Gouw. "Inte så med dessa motorer."

Konventionella "inventeringar" avsedda att redogöra för kväveoxidföroreningar från olje- och gasanläggningar är ofta mycket osäkra, underskattar eller överskattar föroreningarna, sa de Gouw. Och det finns få ihållande mätningar av kväveoxider i många av de landsbygdsområden där olje- och gasutveckling ofta äger rum, sa Dix.

Så hon, de Gouw och deras kollegor vände sig till kvävedioxiddata från Ozon Monitoring Instrument (OMI) ombord på en NASA-satellit och Tropospheric Monitoring Instrument (TropOMI) på en European Space Agency-satellit. De tittade också på gaseldningsdata från ett instrument på NOAA/NASA Suomis satellitsystem.

Mellan 2007 och 2019, över stora delar av USA, Föroreningsnivåerna för kvävedioxid sjönk på grund av renare bilar och kraftverk, laget hittade, bekräftar tidigare rapporterade fynd. Renluftstrenden i satellitdata var mest uppenbar i stadsområden i Kalifornien, Washington och Oregon och i den östra halvan av det kontinentala USA. "Vi har städat upp mycket, " sa Dix.

Dock, flera områden stack ut med ökade utsläpp av kvävedioxid:Perm, Bakken och Eagle Ford olje- och gasbassänger, i Texas och New Mexico, Norra Dakota, och Texas, respektive.

I dessa områden, forskarna använde en typ av tidsserieanalys för att ta reda på var föroreningen kom ifrån:Borrning av nya brunnar kontra långsiktig produktion. De skulle kunna göra den här typen av analyser eftersom borraktiviteten svänger upp och ner snabbt som svar på marknadskrafterna medan produktionen förändras mycket långsammare (när en brunn väl är borrad, det kan producera olja och naturgas i år eller till och med årtionden).

Före en nedgång i borrningen 2015, borrning genererade cirka 80 procent av kvävedioxiden från olje- och gasanläggningar, laget rapporterade. Efter 2015, borrning och produktion producerade ungefär lika stora mängder av föroreningen. Fackel beräknas bidra med upp till 10 procent i båda tidsramarna.

Forskarna utvecklade också en ny inventering av olje- och gasutsläpp, använda data om bränsleanvändning inom industrin, placeringen av borriggar, och produktionsdata på väl nivå. Inventeringen bekräftade satellittrenderna, sa medförfattaren Brian McDonald, en CIRES-forskare som arbetar i NOAAs avdelning för kemiska vetenskaper, "Det är en lovande utveckling att det vi observerar från rymden kan förklaras av förväntade trender i utsläpp från olje- och gasindustrin."

"Vetenskapligt, detta är särskilt viktigt:vi kan göra källtilldelning via satellit, ", sa de Gouw. "Vi behöver känna till de viktiga källorna för att hantera dessa utsläpp på det mest kostnadseffektiva sättet."