Doskonalenie metodyki badawczej pomiarów stężenia CO2 w powietrzu podglebowym

• Autorzy: Tarkowski R. , Sroczyński W.

Warianty tytułu

EN

Adjustment of research metodology of CO2 in concentration measurement in soil air

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podsumowano dotychczasowe, blisko dziesięcioletnie, doświadczenia zespołu Pracowni Geotechnologii IGSMiE PAN w zakresie pomiarów in situ stężenia CO2 w powietrzu podglebowym. W kolejnych latach badania realizowane były różnymi metodami i przy wykorzystaniu aparatury o rosnącym stopniu złożoności. W latach 2005–2008 wykonano pilotażowe badania koncentracji CO2 na obszarze złoża ropy naftowej Jastrząbka Stara k. Tarnowa, przy wykorzystaniu płytkich tymczasowych odwiertów. W 2009 r. w tej samej okolicy zainstalowano i przetestowano aparaturę do ciągłego pomiaru stężenia CO2 w powietrzu podglebowym, skonstruowaną w Instytucie. W kolejnych latach – od listopada 2009 r. do listopada 2014 r., prowadzono ciągłe pomiary na obszarze występowania wód mineralnych typu szczaw w Szczawnicy-Zdroju. Miały one na celu: przetestowanie jej działania, określenie tła stężenia CO2 w powietrzu podglebowym na badanym obszarze, stwierdzenie ewentualnych wycieków endogenicznego CO2, a także określenie istotnych czynników wpływających na stężenie tego gazu w powietrzu podglebowym w zmiennym przedziale czasowym. Uzyskane doświadczenia pozwoliły na udoskonalenie metodyki wykonywania pomiarów stężenia dwutlenku węgła w powietrzu podglebowym. Mogą być pomocne przy tworzeniu efektywnych systemów monitoringu na obszarach planowanych składowisk dwutlenku węgla w strukturach geologicznych.

EN

The present paper summarizes the nearly 10-year-long experiments conducted up to the present date by the Geotechnology Section of MEERI PAS on in situ measurements of CO2 concentration in soil air. Over the consecutive years, the studies were carried out using different methods and successively sophisticated instruments. In the years 2006–2008, a pilot study of CO2 concentration was performed on a hydrocarbon deposit of Jastrząbka Stara near Tarnów (Podkarpackie Province) using shallow boreholes. In 2009, the instruments for the continuous measurement of CO2 concentration in soil air were tested. The instruments were constructed at the Geotechnology Section. During the next years – from November 2009 to November 2014, continuous measurements were made in the area of carbonated mineral water occurrence in Szczawnica-Zdrój. The aim of the measurements was to test the instruments, to determine the background concentration of CO2 in soil air in the study area, to find possible leaks of endogenous CO2 , as well as to identify important factors affecting the concentration of this gas in soil air in a varying time interval. The gained experience made it possible to improve the methods of measuring the concentration of carbon dioxide in soil air. They can be helpful in creating effective monitoring systems in areas of planned carbon dioxide storage in geological formations.

Słowa kluczowe

PL

pomiary stężenia CO2; powietrze podglebowe; monitoring wycieków CO2; naturalne wycieki CO2

EN

CO2 concentration measurements; soil air; CO2 leak monitoring; CO2 natural leaks

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2016
• Tom: nr 92
• Strony: 243--260
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., rys., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Tarkowski R.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

autor

Sroczyński W.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków

Bibliografia

• [1] Atlas klimatu Polski. Red. H. Lorenc. IMGW Warszawa 2005.
• [2] Barron-Gafford i in. 2011 – Barron-Gafford, G.A., Scott, R.L., Jenerette, G.D. i Huxman, T.E. 2011. The relative controls of temperature, soil moisture, and plant functional group on soil CO2 efflux at diel, seasonal, and annual scales. Journal of Geophysical Research-Biogeosciences, 116, G01023. DOI: 10.1029/2010JG001442.
• [3] Birkenmajer, K. red. 1986. Przewodnik LVII Zjazdu Polskiego Towarzystwa Geologicznego w Pieninach. Kraków.
• [4] Birkenmajer, K. 1979. Przewodnik geologiczny po Pienińskim Pasie Skałkowym. Warszawa: Wyd. Geologiczne.
• [5] Birkenmajer, K. 1996. Mioceńskie intruzje andezytowe rejonu Pienin: ich formy geologiczne i rozmieszczenie w świetle badań geologicznych i magnetycznych. Kwart. Geologia, 22(1), s. 15–25.
• [6] Biuletyn monitoringu klimatu Polski. Rok 2010. (Miętus M. i in.). Rok 2011–2014 (Ustrnul Z. i in.). IMGW PIB Warszawa 2010–2014.
• [7] Biuletyn monitoringu klimatu Polski. Rok 2011. IMGW PIB (Ustmul Z. i in.). Warszawa 2011.
• [8] Bochenek, W. 2014. Sezonowa zmienność i wieloletnie tendencje pH w opadzie atmosferycznym na Stacji Bazowej ZMŚP w Szymbarku w latach 1999–2013 (Seasonal variability and long-term trends of pH in precipitation on the Base Station of IMNE in Szymbark in the years 1999–2013). Monitoring Środowiska Przyrodniczego, Vol. 16, s. 41–47.
• [9] Brydie i in. 2013 – Brydie, J., Faught, B., Olson, M., Underwood, A. i Drozdowski, B. 2013 – The Laboratory Simulation and Field Verification of Seasonal Soil-Respired CO2 flux at a Proposed CCS Project Site. Energy Procedia 37, s. 4041–4048; DOI: 10.1016/j.egypro.2013.06.304.
• [10] Ciężkowski, W. red. 2002. Występowanie, dokumentowanie i eksploatacja endogenicznego dwutlenku węgla w Polsce. Wrocław.
• [11] Gal i in. 2014 – Gal, F., Michel, K., Pokryszka, Z., Lafortune, S., Garcia, B., Rouchon, V., de Donato, P., Pironon, J., Barres, O., Taquet, N., Radilla, G., Prinet, C., Hy-Billiot, J., Lescanne, M., Cellier, P., Lucas, H. i Gibert, F. 2014 – Study of the environmental variability of gaseous emanations over a CO2 injection pilot–Application to the French Pyrenean foreland. International Journal of Greenhouse Gas Control 21, s. 177–190; DOI: 10.1016/j.ijggc.2013.12.015
• [12] Hashimoto, S. i Komatsu, H. 2006. Relationships between soil CO2 concentration and CO2 production, temperature, water content, and gas diffusivity: implications for field studies through sensitivity analyses. J. For. Res., 11, s. 41–50.
• [13] Hortle i in. 2011 – Hortle, A., de Caritat, P., Stalvies, C. i Jenkins, C. 2011. Groundwater monitoring at the Otway Project site, Australia. Energy Procedia 4, s. 5495–5503; DOI: 10.1016/j.egypro.2011.02.535.
• [14] Klusman, R.W. 1993. Soil gas and related methods for natural resource exploration. Wiley I Sons, Chichester, New York, Brisbane, Toronto, Singapore.
• [15] Kulka i in. 1991 – Kulka, A., Rączkowski, W., Żytko, K. i Paul, Z. 1991. Objaśnienia do Szczegółowej Mapy Geologicznej Polski, skala 1:50 000. Arkusz Szczawnica-Krościenko (1050). Warszawa: Wyd. Geologiczne.
• [16] Lewicki i in. 2010 – Lewicki, J.L., Hilley, G.E., Dobeck, L. i Spangler, L. 2010. Dynamics of CO2 fluxes and concentrations during a shallow subsurface CO2 release. Environmental Earth Sciences 60, s. 285–297; DOI: 10.1007/s12665-009-0396-7.
• [17] Locke i in. 2011 – Locke, R.A., Krapac, I.G., Lewicki, J.L. i Curtis-Robinson, E. 2011. Characterizing near-surface CO2 conditions before injection - Perspectives from a CCS project in the Illinois Basin, USA. Energy Procedia 4, s. 3306–3313; DOI: 10.1016/j.egypro.2011.02.251.
• [18] Maier i in. 2010 – Maier, M., Schack-Kirchner, H., Hildebrand, E.E. i Holst, J. 2010 – Pore-space CO2 dynamics in a deep, well-aerated soil. European Journal of Soil Science 61(6), s. 877–887; DOI: 10.1111/j.1365-2389.2010.01287.x.
• [19] Nickerson, N. i Risk, D. 2007. Soil CO2 Emissions: Changes in effective diffusivity due to sustained winds. American Geophysical Union, Fall Meeting, Suppl. Volume 1–288, 52 s.
• [20] Ortega i in. 2014 – Ortega, M.F., Rincones, M., Elío, J., Gutiérrez del Olmo, J., Nisi, B., Mazadiego, L.F., Iglesias, L., Vaselli, O., Grandia, F., García, R., de la Vega, R. i Llamas, B. 2014 – Gas monitoring methodology and application to CCS projects as defined by atmospheric and remote sensing survey in the natural analogue of Campo de Calatrava. Global NEST Journal 16(2), s. 269–279.
• [21] Rajchel, L. 2012. Szczawy i wody kwasowęglowe Karpat Polskich. Wydawnictwa AGH, Kraków.
• [22] Romanak i in. 2012 – Romanak, K.D., Bennett, P.C., Yang, C. i Hovorka, S.D. 2012. Process-based approach to CO2 leakage detection by vadose zone gas monitoring at geologic CO2 storage sites. Geophysical Research Letters 39(L15405); DOI: 10.1029/2012GL052426.
• [23] Sauer i in. 2014 – Sauer, U., Watanabe, N., Singh, A., Dietrich, P., Kolditz, O. i Schütze, C. 2014. Joint interpretation of geoelectrical and soil-gas measurements for monitoring CO2 releases at a natural analogue. Near Surface Geophysics 12(1), s. 165–187; DOI: 10.3997/1873-0604.2013052.
• [24] Schacht, U. i Jenkins, C. 2014. Soil gas monitoring of the Otway Project demonstration site in SE Victoria, Australia. International Journal of Greenhouse Gas Control 24, s. 14–29; DOI: 10.1016/j.ijggc.2014.02.007.
• [25] Schloemer i in. 2013 – Schloemer, S. , Furche, M., Dumke, I., Poggenburg, J., Bahr, A., Seeger, C., Vidal, A. i Faber, E. 2013. A review of continuous soil gas monitoring related to CCS – Technical advances and lessons learned. Applied Geochemistry 30, s. 148–160; DOI: 10.1016/j.apgeochem.2012.08.002.
• [26] Schloemer i in. 2014 – Schloemer, S., Moeller, I. i Furche, M. 2014. Baseline soil gas measurements as part of a monitoring concept above a projected CO2 injection formation-A case study from Northern Germany. International Journal of Greenhouse Gas Control 20, s. 57–72; DOI: 10.1016/j.ijggc.2013.10.028
• [27] Tarkowski i in. 2012 – Tarkowski, R., Luboń, K. i Wdowin, M. 2012. Aparatura oraz wstępne wyniki pomiarów stężenia CO2 w powietrzu podglebowym dla potrzeb monitoringu wycieków. Przegląd Górniczy, nr 2, s. 50–59.
• [28] Tarkowski i in. 2009 – Tarkowski, R., Królik, W., Uliasz-Misiak, B. i Barabasz, W. 2009. Indicative microorganisms as a tool for testing the underground storage of carbon dioxide, in: Grobe M., Pashin J. C., Dodge R.L., eds. Carbon dioxide sequestration in geologicalmedia – State of the science: AAPG Studies in Geology 59, s. 637–642.
• [29] Tarkowski, R. i Sroczyński, W. 2016. Zmienność sezonowa stężenia CO2 w powietrzu glebowym w warunkach klimatu południowej Polski. Studia Rozprawy i Monografie nr 198, IGSMiE PAN.
• [30] Tarkowski i in. 2012 – Tarkowski, R., Sroczyński, W., Luboń, K. i Wdowin, M. 2012. Wstępne wyniki testu aparatury do ciągłego pomiaru stężenia CO2 w powietrzu glebowym na stanowisku w Szczawnicy. Rocznik Ochrona Środowiska 14, s. 930–944.
• [31] Tarkowski i in. 2010 – Tarkowski, R., Uliasz-Misiak, B., Wdowin, M. i Batkiewicz, K. 2010, Badania stężenia CO2 w powietrzu podglebowym w rejonie Tarnowa pod kątem monitoringu składowania dwutlenku węgla. Rocznik Ochrona Środowiska 12, s. 847–860.
• [32] Tarkowski i zespół 2004–2008. Wstępne badania i analiza danych do monitoringu podziemnego składowania CO2 na złożu ropy naftowej Jastrząbka Stara. Etapy I–IV. IGSMiE PAN, Pracownia Geotechnologii, Kraków (maszynopis).
• [33] Tarkowski i zespół 2009–2015. Badania zmian koncentracji CO2 w powietrzu glebowym na wybranym obszarze. IGSMiE PAN, Pracownia Geotechnologii, Kraków (maszynopis).
• [34] Yasuda i in. 2008 – Yasuda, Y., Ohtani, Y., Mizoguchi,Y., Nakamura, T. i Miyahara, H. 2008. Development of a CO2 gas analyzer for monitoring soil CO2 concentrations. Journal of Forest Research 13(5), s. 320–325; DOI: 10.1007/s10310-008-0079-3.
• [35] Yonemura i in. 2013 – Yonemura, S., Yokozawa, M., Sakurai, G., Kishimoto-Mo, A.W., Lee, N., Murayama, S., Ishijima, K., Shirato, Y. i Koizumi, H. 2013. Vertical soil–air CO2 dynamics at the Takayama deciduous bro-adleaved forest AsiaFlux site. Journal of Forest Research 18, s. 49–59; DOI: 10.1007/s10310-012-0385-7.
• [36] Żak i in. 2008 – Żak, S., Przylibski, T.A. i Ciężkowski, W. 2008. Określenie zawartości dwutlenku węgla w powietrzu glebowym w Sudetach w rejonach występowania szczaw. Wrocław: Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.