2014 年 5 月中旬，春天的溫暖剛剛開始在北達科他州棕色、 stubbly 的田野中激起一些生機。在那裡工作的農民也注意到了一些不尋常的空中活動。一架矮胖、裝滿儀器、鼻子尖尖的雙引擎飛機開始在陸地上空緩慢而有規律地飛過，彷彿在尋找什麼東西。
當然，該地區是被稱為巴肯組的大型油氣田的一部分，蘊藏著值得尋找的東西。在短短十多年的時間裡，它從經濟默默無聞發展到石油產量佔全國 10% 以上，天然氣產量也隨之飆升。
隨之而來的是一個國際謎團。甲烷是一種主要的全球變暖氣體，通常與石油一起被發現。它是天然氣的主要成分，但到 2014 年，人們越來越懷疑，大量甲烷正在生產油田上空洩漏或排放到空氣中，而不是被運往市場。
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空氣中的甲烷對研究大氣層的化學家來說是最棘手的問題之一。使用傳統分析方法很難追蹤它，因為它具有一些科學家所說的“噪聲訊號”，這使得很難確定它來自哪裡。細菌可以在溼地中產生甲烷，奶牛、白蟻和某些形式的農業，如水稻生產，也會排放甲烷。
五月在頭頂盤旋的那架飛機是一架德哈維蘭雙水獺飛機，是美國國家海洋和大氣管理局空中艦隊的一部分。派遣它巡邏巴肯油田的科學家們正在開發一種追蹤甲烷的新方法。除了其他氣體外，這架飛機還在尋找乙烷，一種無色無味的氣體。它會在幾周內消散，但它是一種對分析反應靈敏的化合物，並且總是與天然氣排放中的甲烷一起被發現。
他們在五月在巴肯上空發現的東西，相當於全球估計乙烷排放量的 1% 到 3% 漂浮在一個相對較小的地方。這證明巴肯油田正在洩漏天然氣，包括大量的甲烷，甲烷在最初九年的生命週期中作為全球變暖氣體的效力是二氧化碳的 86 倍。然後它會分解成二氧化碳，二氧化碳可以持續幾個世紀。
該研究得出結論，巴肯油田每年洩漏甲烷 27.5 萬噸。這意味著找到並堵住洩漏對氣候變化的影響，與在一年內從美國高速公路上移除 145 萬輛汽車的影響大致相同。規模相似的乙烷洩漏非常大，以至於在歐洲也被檢測到。
科羅拉多大學博爾德分校的研究作者兼科學家 Jeff Peischl 解釋說：“這項研究提供了巴肯甲烷排放量的關鍵快照，這將有助於回答更大的問題：美國正在排放多少甲烷？它來自哪裡？以及隨著時間的推移，情況如何變化？”
參與該專案的另一位作者，密歇根大學氣候與空間科學教授 Eric Kort 認為這是一個有價值的新測量工具。 Kort 說：“我們需要使用不同型別和不同規模的新測量方法。”
他補充說：“我希望我們可以在更遠的地方和我們地面訪問更少的地方使用它。在某種程度上，我們希望能夠做到這一點，就是把它應用到所有地方，”他補充說，並指出世界上一些甲烷洩漏並不明顯，需要更多關注。
它們需要更多關注的原因是另一個，更不祥且更難理解的大氣謎團。科羅拉多大學博爾德分校北極和高山研究所實驗室的大氣化學家兼研究組組長 Detlev Helmig 花費了 10 年時間研究大氣中氣體的奇怪起伏。人類活動似乎是最大的因素之一。正如他所解釋的那樣，自工業時代開始以來，二氧化碳增加了約 33%，而甲烷排放量增加了 150%。
然後，大約在 1980 年左右，大氣中乙烷的增加達到了一個平臺期。“我們非常興奮，”他回憶說。“人類已經成功地遏制了一種真正不適合存在於大氣中的氣體的排放。所以我們認為這是一個成功的故事。”
“相當於金錢逃逸到空氣中”
幾年後，更新的資料出現了，乙烷又開始上升。這一次，它上升得更加劇烈。“如果你看看資料的地理分佈，很明顯，這主要是由北美的大幅增長推動的，”Helmig 說。“這與過去五年對石油和天然氣盆地進行的許多觀測結果非常吻合，這些觀測結果表明，這些輕烴（如乙烷）的含量極高。”
時間表與水力壓裂技術的擴大使用相吻合，該技術於 1949 年首次在美國使用。根據能源部的資料，這種做法在過去十年中在美國迅速普及，特別是在像巴肯這樣的地方，那裡的潛在油氣藏被困在廣泛的頁岩地層中，這使得傳統的鑽井技術效率低下。
但生產商發現，透過在液壓下將水、沙子和其他化學物質注入地層，他們可以在頁岩中開啟數千個裂縫，釋放出被困的化石燃料。水平鑽井被用來向下鑽入油田，然後以直角轉彎，在破裂的地層下形成一個類似汙水坑的東西，釋放出的石油和天然氣在那裡積聚，可以被收集，然後提升到地面。
根據美國石油協會的資料，壓裂的規模和範圍可能很大。僅一口井就可以延伸一英里或更深，以穿透低窪的頁岩地層。然後它的水平部分可以延伸超過一英里，以收集石油和天然氣。
美國能源部估計，到 2013 年，美國至少有 200 萬口油氣井進行了水力壓裂。高達 95% 的新井都進行了水力壓裂，或稱“壓裂”，以刺激更快的生產。該機構表示，這些井的產量佔美國石油產量的 43% 和天然氣產量的 67%。
美國石油和天然氣生產的蓬勃發展使該行業堅決捍衛這種做法。 2014 年，美國石油協會出版了一本小冊子：《水力壓裂；解鎖美國的天然氣資源》。它斷言：“研究表明，這種廣為人知的現象對人類、動物、建築物或環境造成的風險極小。”
Helmig 是一位身材高大、說話溫和的德國人，他的專長是研究碳氫化合物，他完全不同意這種說法。自 2006 年以來，他一直與 NOAA 的空氣取樣系統合作，該系統使用玻璃瓶從世界各地的 44 個不同地點收集大氣樣本，以追蹤空氣中乙烷和其他所謂的揮發性有機化合物的年增長量。
從他的乙烷研究和其他國際研究中，他了解到，地球北半球的乙烷來源似乎比南半球高得多，美國中部的洩漏率高於東部更多的油氣田，並且美國中部的一些油氣田的洩漏率遠高於其他油氣田。
他的團隊使用乙烷作為無組織甲烷排放的示蹤劑，在美國中部發現了兩個高排放地點。一個位于丹佛-朱爾斯堡盆地，這是一個大型油氣產區，位於科羅拉多州博爾德以東，另一個位於猶他州東部的尤因塔盆地，這是一個鄉村、半乾旱的產區。
尤因塔盆地有 4300 口油井和 6900 口氣井在執行，Helmig 使用了一個直徑 20 英尺的充氣球將他的測量裝置吊到油田上方 200 碼處。它包括三個管子，分別在上升高度的三分之一處採集空氣樣本，以及一個自動泵，定期用空氣樣本填充玻璃瓶。他解釋說，他獲得的資料“非常漂亮”。
“當尤因塔盆地的乙烷含量上升時，甲烷含量也會上升，這意味著它們來自同一來源。你可以看到比率；對於這麼多的乙烷，你會得到如此多的甲烷。”
其他科學家仍然不相信，在全球範圍內測量的甲烷行為主要受石油和天然氣生產的影響。他們使用另一種追蹤甲烷樣本的方法，包括識別與其來源相關的碳同位素。
NASA 全球監測部門的科學家 John Miller 表示，在大氣樣本中發現的同位素指向微生物，這些微生物在溼地熱帶森林和某些形式的農業（如水稻種植）中產生甲烷。 Miller 表示，使用這種方法，追蹤排放峰值的全球地圖並沒有指向北半球溫帶地區的石油和天然氣生產。“它們表明是熱帶來源。”
一些參與這場複雜爭論的科學家仍然對美國一些油氣田中發現的天然氣洩漏率感到好奇。 NOAA 最近在尤因塔盆地進行的一項研究發現，洩漏率在 8.4% 到 15.9% 之間。
這提出了一個經濟問題。“天然氣很值錢。它相當於金錢逃逸到空氣中。如果你是一個牧場主，你養牛，你想留住你的牛。如果圍欄倒塌了，你想修理它。為什麼石油和天然氣行業不想修理他們的圍欄呢？”一位科學家沉思道，他要求不要引用他的話，因為這件事超出了他的專業領域。
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