В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, они сообщают о первой в истории оценке выбросов углекислого газа (CO2), полученной из ископаемого топлива, в национальном масштабе, полученной путем наблюдения за CO2 и его естественным радиоизотопом, углеродом-14, из проб воздуха, собранных Глобальной эталонной сетью парниковых газов NOAA.
Углерод-14, или 14C, очень редкий изотоп углерода, созданный в основном космическими лучами, имеет период полураспада 5700 лет. Углерод в ископаемом топливе был похоронен на протяжении миллионов лет и поэтому полностью лишен 14C. Тщательный лабораторный анализ может определить степень истощения 14C CO2 в дискретных пробах воздуха, что отражает вклад сжигания ископаемого топлива и производства цемента (который также не содержит 14C), также известный как вклад «ископаемого CO2».
Зная место, дату и время, когда были взяты пробы воздуха, исследовательская группа использовала модель атмосферного переноса, чтобы выделить вариации CO2 из-за сжигания ископаемого топлива из других природных источников и поглотителей, и проследила антропогенные изменения до ископаемых. Источники CO2 на поверхности.
Новый метод оценки запасов
«Это новый, независимый и объективный метод оценки кадастров выбросов, основанный на том, что мы действительно наблюдаем в атмосфере», – сказал ведущий автор Суриш Басу, который был ученым CIRES, работавшим в NOAA во время исследования. Сейчас он ученый в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Мэриленде.
В то время как связь между выбросами ископаемого CO2 и атмосферным 14C была известна на протяжении многих десятилетий, построение оценки выбросов в национальном масштабе на основе атмосферного 14C потребовало одновременной разработки точных методов измерения и системы оценки выбросов, в значительной степени инициированной в течение последних 15 лет. лет ученого NOAA Джона Миллера и ученого из Университета Колорадо Скотта Лемана.
«Углерод-14 позволяет нам приоткрыть завесу и изолировать выбросы CO2 от сжигания ископаемого топлива», – сказал Леман, один из авторов статьи. "Он дает нам средство отслеживания, которое мы можем отследить до источников на земле. «Затем мы можем сложить их и сравнить с другими оценками выбросов в различных временных и пространственных масштабах»
Снизу вверх против. сверху вниз
Точный расчет выбросов углекислого газа при сжигании ископаемого топлива уже много лет является проблемой для ученых. Два основных используемых в настоящее время метода – инвентаризация «снизу вверх» и атмосферные исследования «сверху вниз», используемые в региональных кампаниях, – каждый из них имеет свои сильные и слабые стороны.
Оценки "снизу вверх", например, используемые в инвентаризации U.S. Данные о выбросах и стоках парниковых газов рассчитываются путем подсчета выбросов CO2 от различных процессов и типов топлива с последующим увеличением выбросов на основе данных об использовании ископаемого топлива. Напротив, «нисходящие» оценки основаны на измеренных изменениях концентраций выбрасываемых газов в атмосфере и схемах ветра, соединяющих районы наземных источников с точками измерения.
Инвентаризация снизу вверх может предоставить более подробную информацию, чем методы сверху вниз, но их точность зависит от способности отслеживать все процессы выбросов и их интенсивность в любое время, что по сути является сложной задачей с неопределенностями, которые трудно определить количественно.
Нисходящие исследования ограничены плотностью атмосферных измерений и нашими знаниями о моделях атмосферной циркуляции, но неявно учитывают все возможные секторы экономики, которые выбрасывают CO2
Команда построила годовые и ежемесячные нисходящие оценки выбросов углекислого газа для U.S. за 2010 год, первый год с достаточным количеством атмосферных проб для получения надежных результатов.
В качестве одной из точек сравнения они сравнили свои цифры с восходящими оценками из недавнего U.S. Отчет Агентства по охране окружающей среды (EPA) о выбросах за 2010 г. Оценка группы общих годовых выбросов в США в 2010 году была на 5 процентов выше, чем центральная оценка EPA.
Новая оценка также значительно выше, чем оценки из других кадастров, обычно используемых в глобальных и региональных исследованиях CO2. С другой стороны, атмосферные результаты, похоже, согласуются с недавним обновлением Vulcan U.S. продукт данных о выбросах, разработанный исследователями из Университета Северной Аризоны.
Поскольку это были первые оценки, построенные с использованием новой системы наблюдений, ученые предупредили, что их следует рассматривать как предварительные.
Сейчас они заняты применением этого метода к измерениям за последующие годы, чтобы определить, устойчивы ли наблюдаемые ими различия с течением времени.
По словам ученых, одним из преимуществ этого подхода является то, что с расширенной измерительной сетью 14C есть возможность рассчитывать выбросы из разных регионов – информация, которая увеличит национальные итоги EPA. Такие штаты, как Калифорния, и совокупности штатов, таких как члены Восточной региональной инициативы по парниковым газам, создали свои собственные цели по снижению выбросов парниковых газов, и возможность независимой оценки региональных выбросов с использованием нисходящих методов поможет оценить региональные усилия по сокращению выбросов.
«Независимая проверка годовых и региональных итогов и многолетних тенденций с использованием независимых методов, подобных этому, повысит уверенность в точности отчетности по выбросам и может помочь в разработке будущих стратегий снижения выбросов», – сказал ученый NOAA Джон Миллер.
Исследование было поддержано NOAA, NASA и Министерством энергетики. Другие члены исследовательской группы включали ученых из Университета Северной Аризоны и Калифорнийского университета в Ирвине.