Hoàn thành phép đo mặt cắt ngang metan lục địa Bắc Mỹ bằng máy phân tích dòng Picarro

Ira Leifer, Tiến sĩ, Viện Khoa học Hàng hải, Đại học California Santa Barbara

Tiến sĩ Ira Leifer, Tiến sĩ Paige Farrell và Tiến sĩ Dan Culling, các nhà khoa học tại Đại học California, Santa Barbara, gần đây đã hoàn thành các phép đo mặt cắt ngang của mêtan ở miền nam Hoa Kỳ, giao máy phân tích dòng Picarro của họ cho một tàu chờ ở Louisiana. Máy phân tích Picarro và các thiết bị khác ban đầu chỉ được thiết kế để đo lường trên tàu, nhưng Tiến sĩ Leifer tin rằng với chi phí vận chuyển và chi phí đến cảng, họ có thể vận chuyển các thiết bị bằng ô tô và tận dụng cơ hội để thu thập dữ liệu metan di chuyển từ xa. Nhóm nghiên cứu ngay lập tức thuê một chiếc RV, lắp đặt các thiết bị và lái xe gần như suốt ngày đêm trong hai tuần từ Santa Barbara, California, đến Kokodry, Louisiana và St. Petersburg, Florida trước khi quay trở lại miền nam California. Trong khi khảo sát di động đang trở nên phổ biến hơn, theo như chúng ta biết, nhóm này là nhóm bổ sung các thành phần trực tuyến trên xe để thực hiện khảo sát mặt đất di động.

Nhóm nghiên cứu đã nạp sắc ký khí (GC), GPS, bộ điều chỉnh công suất, một số máy tính xách tay với modem điện thoại di động, một máy phân tích dòng Picarro và một cổng lấy mẫu không khí tùy chỉnh dài 30 feet được gọi là "máy ép khí". Cổng lấy mẫu không khí được làm bằng ống ABS 4 inch nhô ra 10 feet phía trước RV. Thách thức đối với nhóm là giữ cho GC không bị ảnh hưởng bởi rung động của mặt đất và tường. Để làm được điều này, nhóm nghiên cứu đã chuyển đổi khu vực ngủ cỡ lớn thành phòng thí nghiệm hóa học phân tích tạm thời và cấu hình các bình khí và máy bơm chân không trong tủ quần áo. Sau nhiều thử nghiệm lặp đi lặp lại, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một đệm khí cỡ lớn bán bơm hơi và một số tấm bạt hai lớp được nhồi với các hạt đầy bọt của Shutelone và ván ép với giá đỡ gel kiểu "Dr. Scholl" trên miếng đệm dưới chân GC, dẫn đến cách ly rung động. Để hoàn thành nhiệm vụ, nhóm đã sử dụng dây đàn hồi và dây thừng để buộc chúng lại với nhau.

Sau khi được kích hoạt và vận hành, nhóm nghiên cứu có thể nhận được các phép đo khí mê-tan từ GC cứ sau 50 giây, trong khi máy phân tích dòng Picarro ghi lại dữ liệu về khí mê-tan, carbon dioxide và hơi nước ở tần số 2 hertz. Các phương pháp đo lường được sử dụng là: xác định điểm quan tâm (điểm nóng metan) bằng cách sử dụng các thiết bị đầu tiên để xác định các đặc điểm metan và bằng cách xác định trực quan các đặc điểm địa chất hoặc con người. Sau đó, sử dụng dữ liệu gió địa phương và dữ liệu khí tượng được lấy từ các trang web trực tuyến, lái xe theo hướng tăng nồng độ metan cho đến khi tìm thấy và xác nhận nguồn.

Khi hành quân, nhóm có thể liên tục tinh chỉnh phương pháp và nhanh chóng thích nghi với những thay đổi trong điều kiện. Ví dụ: Sau khi phát hiện ra rằng ô tô là một nguồn khí mê-tan lâu dài, họ đã điều chỉnh lịch trình hiệu chỉnh để đo vào ban đêm khi giao thông giảm. Daniel cũng lưu ý rằng chức năng đo carbon dioxide đồng bộ của thiết bị Picarro đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định khi nào khí thải ô nhiễm không khí, thường dẫn đến thay đổi tuyến đường. Tương tự như vậy, khi cố gắng thực hiện các phép đo cơ bản trong sa mạc Mojave, họ phát hiện ra rằng khí thải từ ngay cả các thị trấn nhỏ nhất không quá 10 ngôi nhà có thể dẫn đến sự gián đoạn lặp đi lặp lại của cơ sở môi trường.

Vì lái xe RV mà không phải dừng lại thường xuyên để tìm một nơi để ăn, đi vệ sinh hoặc ở lại, nhóm có thể nói đã đạt được các phép đo liên tục trong chuyến đi 11 ngày. Trong thực tế, công việc đo lường thường chỉ bị tạm dừng khi hiệu chuẩn, bơm đầy xi lanh hoặc sửa chữa các vấn đề với thiết bị. Nhóm nghiên cứu đã gặp phải tình trạng cạn kiệt bình khí trong khi ở vùng sâu vùng xa, nhưng may mắn tránh được sự chậm trễ kéo dài. Chi nhánh Louisiana của Công ty Airgas đã đến cứu hộ bằng cách thay đổi lộ trình của một lô hàng khí hiệu chuẩn sẽ được vận chuyển đến California, cho phép nhóm tiếp tục thực hiện các phép đo. Trong suốt chuyến đi, một số nhà nghiên cứu đã ghi lại hơn 6.000 phép đo GC và hơn 40 giờ dữ liệu từ thiết bị Picarro 2 Hz chỉ riêng ở miền nam California. Tuy nhiên, giá trị của chuyến đi này không chỉ nằm ở số lượng dữ liệu được thu thập. Bộ dữ liệu bao gồm nhiều nguồn khí mê-tan khác nhau, bao gồm các nguồn nhân tạo có thể dự đoán được như các nhà máy lọc dầu và thành phố và các nguồn tự nhiên như vùng đất ngập nước.

Đáng ngạc nhiên, nguồn khí methane được đo trong chuyến đi này là nguồn tự nhiên. Khi nhóm nghiên cứu đến Labrea Tar Pit, trong khi dự kiến sẽ có tín hiệu khí mê-tan rõ ràng, lượng khí thải khí mê-tan địa chất lớn thoát ra từ Tar Pit và các khu vực xung quanh vẫn vượt xa dự kiến. Dựa trên dữ liệu thu thập được, con số này có thể chiếm một phần tư tổng số của toàn bộ Quận Los Angeles. Các điểm đo lường khác được báo cáo bao gồm: hồ sơ khí quyển thẳng đứng của lưu vực Los Angeles thu được khi lái xe qua dãy núi San Bernardino; Và cường độ phát thải ước tính qua khói ba lần trong trường hợp cháy rừng trên diện rộng ở bang Louisiana gần đó.

Tiến sĩ Leifer nói về trải nghiệm này: "Thật tuyệt vời khi hầu hết mọi người chọn công viên quốc gia khi đi đường, và chúng tôi đã đi qua vùng nội địa công nghiệp của Hoa Kỳ. So với một chuyến đi đường trung bình, chúng tôi phải tập trung và chú ý đến các chi tiết của địa hình, gió và các sự kiện. Những trải nghiệm như vậy cho phép chúng tôi nhìn thấy một cái gì đó với một cái nhìn hoàn toàn mới mà hầu hết mọi người thường không nghĩ đến."

Nghiên cứu của họ đã được công bố trên tạp chí Atmospheric Environments. Trong phần thứ hai của chương trình, họ sẽ so sánh và liên kết kết quả nghiên cứu với dữ liệu vệ tinh (máy đo phổ hấp thụ hình ảnh quét bản đồ khí quyển và vệ tinh quan sát khí nhà kính). Chuyến đi đã thành công đến mức nhóm nghiên cứu đã lên kế hoạch cho một chuyến đi đến vùng đồng bằng Mackenzie ở Bắc Cực của Canada vào mùa hè để khảo sát và có thể là một cuộc khảo sát cắt ngang khác về khí mê-tan trên lục địa Bắc Mỹ vào mùa thu.

Là đại lý khu vực Trung Quốc của Picarro, Aibo sẽ cố gắng hết sức để cung cấp cho khách hàng tư vấn trước bán hàng tuyệt vời, dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật sau bán hàng, giới thiệu cho khách hàngGiải pháp để giải quyết điểm đau của khách hàng.

Hoan nghênh mọi người liên hệ với chúng tôi, quan tâm đến số wechat của Ái Bác Năng để nhận được nhiều thông tin ứng dụng ngành nghề hơn.