2014 年 5 月中旬，春天的温暖刚刚开始在北达科他州棕色、 stubbly 的田野中激起一些生机。在那里工作的农民也注意到了一些不寻常的空中活动。一架矮胖、装满仪器、鼻子尖尖的双引擎飞机开始在陆地上空缓慢而有规律地飞过，仿佛在寻找什么东西。
当然，该地区是被称为巴肯组的大型油气田的一部分，蕴藏着值得寻找的东西。在短短十多年的时间里，它从经济默默无闻发展到石油产量占全国 10% 以上，天然气产量也随之飙升。
随之而来的是一个国际谜团。甲烷是一种主要的全球变暖气体，通常与石油一起被发现。它是天然气的主要成分，但到 2014 年，人们越来越怀疑，大量甲烷正在生产油田上空泄漏或排放到空气中，而不是被运往市场。
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空气中的甲烷对研究大气层的化学家来说是最棘手的问题之一。使用传统分析方法很难追踪它，因为它具有一些科学家所说的“噪声信号”，这使得很难确定它来自哪里。细菌可以在湿地中产生甲烷，奶牛、白蚁和某些形式的农业，如水稻生产，也会排放甲烷。
五月在头顶盘旋的那架飞机是一架德哈维兰双水獭飞机，是美国国家海洋和大气管理局空中舰队的一部分。派遣它巡逻巴肯油田的科学家们正在开发一种追踪甲烷的新方法。除了其他气体外，这架飞机还在寻找乙烷，一种无色无味的气体。它会在几周内消散，但它是一种对分析反应灵敏的化合物，并且总是与天然气排放中的甲烷一起被发现。
他们在五月在巴肯上空发现的东西，相当于全球估计乙烷排放量的 1% 到 3% 漂浮在一个相对较小的地方。这证明巴肯油田正在泄漏天然气，包括大量的甲烷，甲烷在最初九年的生命周期中作为全球变暖气体的效力是二氧化碳的 86 倍。然后它会分解成二氧化碳，二氧化碳可以持续几个世纪。
该研究得出结论，巴肯油田每年泄漏甲烷 27.5 万吨。这意味着找到并堵住泄漏对气候变化的影响，与在一年内从美国高速公路上移除 145 万辆汽车的影响大致相同。规模相似的乙烷泄漏非常大，以至于在欧洲也被检测到。
科罗拉多大学博尔德分校的研究作者兼科学家 Jeff Peischl 解释说：“这项研究提供了巴肯甲烷排放量的关键快照，这将有助于回答更大的问题：美国正在排放多少甲烷？它来自哪里？以及随着时间的推移，情况如何变化？”
参与该项目的另一位作者，密歇根大学气候与空间科学教授 Eric Kort 认为这是一个有价值的新测量工具。 Kort 说：“我们需要使用不同类型和不同规模的新测量方法。”
他补充说：“我希望我们可以在更远的地方和我们地面访问更少的地方使用它。在某种程度上，我们希望能够做到这一点，就是把它应用到所有地方，”他补充说，并指出世界上一些甲烷泄漏并不明显，需要更多关注。
它们需要更多关注的原因是另一个，更不祥且更难理解的大气谜团。科罗拉多大学博尔德分校北极和高山研究所实验室的大气化学家兼研究组组长 Detlev Helmig 花费了 10 年时间研究大气中气体的奇怪起伏。人类活动似乎是最大的因素之一。正如他所解释的那样，自工业时代开始以来，二氧化碳增加了约 33%，而甲烷排放量增加了 150%。
然后，大约在 1980 年左右，大气中乙烷的增加达到了一个平台期。“我们非常兴奋，”他回忆说。“人类已经成功地遏制了一种真正不适合存在于大气中的气体的排放。所以我们认为这是一个成功的故事。”
“相当于金钱逃逸到空气中”
几年后，更新的数据出现了，乙烷又开始上升。这一次，它上升得更加剧烈。“如果你看看数据的地理分布，很明显，这主要是由北美的大幅增长推动的，”Helmig 说。“这与过去五年对石油和天然气盆地进行的许多观测结果非常吻合，这些观测结果表明，这些轻烃（如乙烷）的含量极高。”
时间表与水力压裂技术的扩大使用相吻合，该技术于 1949 年首次在美国使用。根据能源部的数据，这种做法在过去十年中在美国迅速普及，特别是在像巴肯这样的地方，那里的潜在油气藏被困在广泛的页岩地层中，这使得传统的钻井技术效率低下。
但生产商发现，通过在液压下将水、沙子和其他化学物质注入地层，他们可以在页岩中打开数千个裂缝，释放出被困的化石燃料。水平钻井被用来向下钻入油田，然后以直角转弯，在破裂的地层下形成一个类似污水坑的东西，释放出的石油和天然气在那里积聚，可以被收集，然后提升到地面。
根据美国石油协会的数据，压裂的规模和范围可能很大。仅一口井就可以延伸一英里或更深，以穿透低洼的页岩地层。然后它的水平部分可以延伸超过一英里，以收集石油和天然气。
美国能源部估计，到 2013 年，美国至少有 200 万口油气井进行了水力压裂。高达 95% 的新井都进行了水力压裂，或称“压裂”，以刺激更快的生产。该机构表示，这些井的产量占美国石油产量的 43% 和天然气产量的 67%。
美国石油和天然气生产的蓬勃发展使该行业坚决捍卫这种做法。 2014 年，美国石油协会出版了一本小册子：《水力压裂；解锁美国的天然气资源》。它断言：“研究表明，这种广为人知的现象对人类、动物、建筑物或环境造成的风险极小。”
Helmig 是一位身材高大、说话温和的德国人，他的专长是研究碳氢化合物，他完全不同意这种说法。自 2006 年以来，他一直与 NOAA 的空气采样系统合作，该系统使用玻璃瓶从世界各地的 44 个不同地点收集大气样本，以追踪空气中乙烷和其他所谓的挥发性有机化合物的年增长量。
从他的乙烷研究和其他国际研究中，他了解到，地球北半球的乙烷来源似乎比南半球高得多，美国中部的泄漏率高于东部更多的油气田，并且美国中部的一些油气田的泄漏率远高于其他油气田。
他的团队使用乙烷作为无组织甲烷排放的示踪剂，在美国中部发现了两个高排放地点。一个位于丹佛-朱尔斯堡盆地，这是一个大型油气产区，位于科罗拉多州博尔德以东，另一个位于犹他州东部的尤因塔盆地，这是一个乡村、半干旱的产区。
尤因塔盆地有 4300 口油井和 6900 口气井在运行，Helmig 使用了一个直径 20 英尺的充气球将他的测量装置吊到油田上方 200 码处。它包括三个管子，分别在上升高度的三分之一处采集空气样本，以及一个自动泵，定期用空气样本填充玻璃瓶。他解释说，他获得的数据“非常漂亮”。
“当尤因塔盆地的乙烷含量上升时，甲烷含量也会上升，这意味着它们来自同一来源。你可以看到比率；对于这么多的乙烷，你会得到如此多的甲烷。”
其他科学家仍然不相信，在全球范围内测量的甲烷行为主要受石油和天然气生产的影响。他们使用另一种追踪甲烷样本的方法，包括识别与其来源相关的碳同位素。
NASA 全球监测部门的科学家 John Miller 表示，在大气样本中发现的同位素指向微生物，这些微生物在湿地热带森林和某些形式的农业（如水稻种植）中产生甲烷。 Miller 表示，使用这种方法，追踪排放峰值的全球地图并没有指向北半球温带地区的石油和天然气生产。“它们表明是热带来源。”
一些参与这场复杂争论的科学家仍然对美国一些油气田中发现的天然气泄漏率感到好奇。 NOAA 最近在尤因塔盆地进行的一项研究发现，泄漏率在 8.4% 到 15.9% 之间。
这提出了一个经济问题。“天然气很值钱。它相当于金钱逃逸到空气中。如果你是一个牧场主，你养牛，你想留住你的牛。如果围栏倒塌了，你想修理它。为什么石油和天然气行业不想修理他们的围栏呢？”一位科学家沉思道，他要求不要引用他的话，因为这件事超出了他的专业领域。
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