لمحة عامة عن طرق الكشف عن غاز الميثان في الغلاف الجوي

أدت الأنشطة البشرية منذ الثورة الصناعية الأولى إلى زيادة تركيز غاز الميثان في الغلاف الجوي بأكثر من الضعف. ورغم أن انبعاثات الميثان لا تمثل سوى 3% من إجمالي انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من حيث الكتلة، إلا أن تأثيرها الإشعاعي (أو تأثيرها على المناخ) يمثل 23% من إجمالي الإشعاع. ويُظهر تقرير انبعاثات الميثان لعام 2023 الصادر عن GHGSat أن انبعاثات الميثان العالمية بلغت بحلول نهاية عام 2023 ما يقارب 378 مليون طن من مكافئ ثاني أكسيد الكربون، أي ضعف الكمية المنبعثة في عام 2022. ويُعد الميثان حاليًا ثاني أكبر غازات الاحتباس الحراري بعد ثاني أكسيد الكربون، ويحظى باهتمام كبير في جميع الاقتصادات الكبرى حول العالم.

بدأ الكشف المنهجي عن غاز الميثان في الغلاف الجوي في ثمانينيات القرن التاسع عشر مع برنامج مراقبة الغلاف الجوي العالمي التابع للمنظمة العالمية للأرصاد الجوية. وبناءً على المنصة التي يُركّب عليها جهاز الكشف، يمكن تصنيف طرق الكشف عن غاز الميثان في الغلاف الجوي إلى طرق أرضية، وطرق فضائية، وطرق تعتمد على الفضاء.

خريطة توزيع مواقع TCCON العالمية △

الكشف الأرضي

بدأ الكشف الأرضي في وقت مبكر، وتشمل شبكات مراقبة الميثان الأرضية العالمية الرئيسية حاليًا شبكة مراقبة عمود الكربون الكلي (TCCON) والشبكة الوطنية للكشف عن الاضطرابات والتغيرات في الغلاف الجوي (NDACC).

يتميز الكشف الأرضي بحساسية عالية ويمكنه توفير بيانات عالية الدقة للكشف عن غاز الميثان في الغلاف الجوي، ولكن عدد المحطات الأرضية المنتشرة عالميًا محدود وتوزيعها المكاني غير متساوٍ، مع تغطية منخفضة لمحطات الرصد في أمريكا الجنوبية وأفريقيا وأوقيانوسيا وآسيا.

△الكشف الآلي عن غاز الميثان في الغلاف الجوي

الكشف الفضائي

في مجال الكشف المحمول جواً، تم تطوير سلسلة من أجهزة الكشف المحمولة جواً، بما في ذلك مطياف امتصاص الأشعة تحت الحمراء بالليزر المحمول جواً (ALIAS)، ومطياف كروماتوغرافيا الغازات النزرة المحمولة جواً (ALIAS-II)، ومطياف مراقبة الغازات (GML)، ومطياف التصوير المرئي/الأشعة تحت الحمراء المحمول جواً من الجيل التالي التابع لناسا (AVIRIS-NG)، ومطياف GHGSat المحمول جواً (GHGSat-AV)، ومحاكي MethaneSAT المحمول جواً (MethaneAIR).

يُمكّن الكشف الجوي من رصد الانبعاثات في الموقع وفي الوقت الفعلي، مما يسمح بإجراء مسوحات جوية سريعة ضمن نطاق محدد والاستجابة الفورية لحالات تسرب غاز الميثان المشتبه بها في الغلاف الجوي. ويمكن للكشف الجوي قياس انبعاثات الميثان التي تتجاوز 10 كجم/ساعة بدقة، بل إن بعض أجهزة قياس الطيف قادرة على قياس الانبعاثات التي تقل عن 5 كجم/ساعة.

△ قدرة الكشف عن غاز الميثان في الغلاف الجوي من الفضاء

الاستكشاف القائم على النجوم

منذ عام 1990، ازداد استخدام الاستشعار عن بُعد بالأقمار الصناعية على نطاق واسع لرصد تركيب الغلاف الجوي. وقد أطلقت الولايات المتحدة ودول الاتحاد الأوروبي واليابان وكندا والصين تباعًا العديد من الأقمار الصناعية المزودة بقدرات رصد غاز الميثان في الغلاف الجوي، مما أدى تدريجيًا إلى تشكيل نظام رصد مكاني متعدد المقاييس لغاز الميثان يغطي الكرة الأرضية والمناطق ومصادر التلوث المحددة. ومع تحسن أداء أجهزة الاستشعار الفضائية، تتزايد دقة الرصد تدريجيًا.

يعوض الكشف الفضائي عن التغطية المكانية المحدودة للكشف الأرضي والفضائي. يوفر الكشف الأرضي والفضائي بيانات للتحقق من دقة الكشف الفضائي. تتكامل طرق الكشف الثلاث - الأرضية والفضائية والفضائية - فيما بينها، مما يوفر قاعدة بيانات للكشف عن غاز الميثان في الغلاف الجوي. كما أنها تدعم وتؤكد صحة قوائم جرد الانبعاثات من الأسفل إلى الأعلى من خلال منهجية من الأعلى إلى الأسفل.