Die NASA-Mission Earth Surface Mineral Dust Source Investigation (EMIT) kartiert die Prävalenz von Schlüsselmineralien in den staubproduzierenden Wüsten des Planeten – Informationen, die unser Verständnis der Auswirkungen von Luftstaub auf das Klima verbessern werden. EMIT hat jedoch eine weitere entscheidende Fähigkeit bewiesen: die Erkennung des Vorhandenseins von Methan, einem starken Treibhausgas.
In den Daten, die EMIT seit der Installation auf der Internationalen Raumstation im Juli gesammelt hat, hat das Wissenschaftsteam mehr als 50 „Superemitter“ in Zentralasien, im Nahen Osten und im Südwesten der Vereinigten Staaten identifiziert. Superemittenten sind Einrichtungen, Ausrüstung und andere Infrastrukturen, die typischerweise in den Sektoren fossile Brennstoffe, Abfall oder Landwirtschaft angesiedelt sind und Methan mit hohen Raten emittieren.
„Die Begrenzung der Methanemissionen ist der Schlüssel zur Begrenzung der globalen Erwärmung. Diese aufregende neue Entwicklung wird Forschern nicht nur dabei helfen, besser zu lokalisieren, woher Methanlecks kommen, sondern auch Einblicke darüber geben, wie sie schnell angegangen werden können“, sagte NASA-Administrator Bill Nelson. „Die Internationale Raumstation und die mehr als zwei Dutzend Satelliten und Instrumente der NASA im Weltraum sind seit langem von unschätzbarem Wert bei der Bestimmung von Veränderungen des Erdklimas. EMIT erweist sich als ein entscheidendes Werkzeug in unserer Toolbox, um dieses starke Treibhausgas zu messen – und es zu stoppen die Quelle.“
Methan absorbiert Infrarotlicht in einem einzigartigen Muster, das als spektraler Fingerabdruck bezeichnet wird und das das bildgebende Spektrometer von EMIT mit hoher Genauigkeit und Präzision erkennen kann. Das Instrument kann auch Kohlendioxid messen.
Die neuen Beobachtungen stammen von der breiten Abdeckung des Planeten, die durch die Umlaufbahn der Raumstation geboten wird, sowie von der Fähigkeit von EMIT, Dutzende von Kilometern breite Schwaden der Erdoberfläche zu scannen und dabei Bereiche so klein wie ein Fußballfeld aufzulösen.
„Diese Ergebnisse sind außergewöhnlich und zeigen den Wert der Paarung einer Perspektive im globalen Maßstab mit der Auflösung, die erforderlich ist, um Methan-Punktquellen bis hinab zur Anlagenskala zu identifizieren“, sagte David Thompson, Instrumentenwissenschaftler von EMIT und leitender Forschungswissenschaftler bei Jet Propulsion der NASA Labor in Südkalifornien, das die Mission leitet. „Es ist eine einzigartige Fähigkeit, die die Messlatte für Bemühungen zur Zuordnung von Methanquellen und zur Minderung von Emissionen durch menschliche Aktivitäten höher legen wird.“
Im Vergleich zu Kohlendioxid macht Methan einen Bruchteil der vom Menschen verursachten Treibhausgasemissionen aus, aber es wird geschätzt, dass es Tonne für Tonne 80-mal effektiver ist, um in den 20 Jahren nach der Freisetzung Wärme in der Atmosphäre einzufangen. Wo Kohlendioxid jahrhundertelang verweilt, bleibt Methan außerdem etwa ein Jahrzehnt bestehen, was bedeutet, dass die Atmosphäre bei einer Verringerung der Emissionen in einem ähnlichen Zeitrahmen reagieren wird, was zu einer langsameren kurzfristigen Erwärmung führen wird.
Die Identifizierung von punktuellen Methanquellen kann ein wichtiger Schritt in diesem Prozess sein. Mit Kenntnis der Standorte großer Emittenten können Betreiber von Anlagen, Geräten und Infrastrukturen, die das Gas abgeben, schnell handeln, um die Emissionen zu begrenzen.
Die Methanbeobachtungen von EMIT kamen, als Wissenschaftler die Genauigkeit der Mineraldaten des bildgebenden Spektrometers überprüften. Während seiner Mission wird EMIT Messungen von Oberflächenmineralien in trockenen Regionen Afrikas, Asiens, Nord- und Südamerikas und Australiens sammeln. Die Daten werden den Forschern dabei helfen, die Rolle von Staubpartikeln in der Luft bei der Erwärmung und Abkühlung der Erdatmosphäre und -oberfläche besser zu verstehen.
„Wir waren gespannt, wie die Mineraldaten von EMIT die Klimamodellierung verbessern werden“, sagte Kate Calvin, Chefwissenschaftlerin und leitende Klimaberaterin der NASA. „Diese zusätzliche Methanerkennungsfunktion bietet eine bemerkenswerte Möglichkeit, Treibhausgase zu messen und zu überwachen, die zum Klimawandel beitragen.“
Nachweis von Methanfahnen
Das Untersuchungsgebiet der Mission fällt mit bekannten Methan-Hotspots auf der ganzen Welt zusammen, sodass Forscher in diesen Regionen nach dem Gas suchen können, um die Leistungsfähigkeit des bildgebenden Spektrometers zu testen.
„Einige der von EMIT entdeckten Schwaden gehören zu den größten, die jemals gesehen wurden – anders als alles, was jemals aus dem Weltraum beobachtet wurde“, sagte Andrew Thorpe, ein Forschungstechnologe am JPL, der die EMIT-Methan-Bemühungen leitet. „Was wir in nur kurzer Zeit gefunden haben, übertrifft bereits jetzt unsere Erwartungen.“
Zum Beispiel entdeckte das Instrument eine etwa 3,3 Kilometer lange Wolke südöstlich von Carlsbad, New Mexico, im Permian Basin. Das Perm ist eines der größten Ölfelder der Welt und erstreckt sich über Teile des südöstlichen New Mexico und des westlichen Texas.
In Turkmenistan identifizierte EMIT 12 Schwaden von Öl- und Gasinfrastruktur östlich der Hafenstadt Hazar am Kaspischen Meer. Einige Wolken wehen nach Westen und erstrecken sich über mehr als 32 Kilometer.
Das Team identifizierte auch eine mindestens 4,8 Kilometer lange Methanfahne südlich von Teheran, Iran, von einem großen Abfallverarbeitungskomplex. Methan ist ein Nebenprodukt der Zersetzung, und Deponien können eine wichtige Quelle sein.
Wissenschaftler schätzen die Durchflussraten von etwa 40.300 Pfund (18.300 Kilogramm) pro Stunde am Standort Perm, 111.000 Pfund (50.400 Kilogramm) pro Stunde insgesamt für die Quellen in Turkmenistan und 18.700 Pfund (8.500 Kilogramm) pro Stunde am Standort Iran.
Die turkmenischen Quellen haben zusammen eine ähnliche Durchflussrate wie das Gasleck im Aliso Canyon im Jahr 2015, das zeitweise 110.000 Pfund (50.000 Kilogramm) pro Stunde überstieg. Die Katastrophe in der Gegend von Los Angeles gehörte zu den größten Methanfreisetzungen in der Geschichte der USA.
Mit einer breiten, wiederholten Abdeckung von seinem Aussichtspunkt auf der Raumstation wird EMIT möglicherweise Hunderte von Superemittern finden – einige von ihnen wurden zuvor durch luft-, weltraum- oder bodengestützte Messungen entdeckt, andere waren unbekannt.
„Während EMIT weiterhin den Planeten vermisst, wird es Orte beobachten, an denen niemand zuvor nach Treibhausgas-Emittenten gesucht hat, und es wird Wolken finden, die niemand erwartet“, sagte Robert Green, Hauptforscher von EMIT am JPL.
EMIT ist das erste einer neuen Klasse von weltraumgestützten bildgebenden Spektrometern zur Erforschung der Erde. Ein Beispiel ist der Carbon Plume Mapper (CPM), ein Instrument, das sich am JPL in der Entwicklung befindet und zum Nachweis von Methan und Kohlendioxid entwickelt wurde. JPL arbeitet mit Carbon Mapper, einer gemeinnützigen Organisation, und anderen Partnern zusammen, um Ende 2023 zwei mit CPM ausgestattete Satelliten zu starten.