Jak starty rakiet wpływają na warstwę ozonową

Nowe badanie wskazuje ze coraz częstsze starty rakiet mogą spowolnić odbudowę ziemskiej warstwy ozonowej. Problem ten mogłoby złagodzić globalne skoordynowanie startów misji kosmicznych.

.W ostatnich latach coraz więcej misji i satelitów jest umieszczana na niskiej orbicie okołoziemskiej, a przemysł kosmiczny dynamicznie się rozwija. Otwiera to wiele możliwości, jednak również rodzi obawy związane z ochroną środowiska.

Starty rakiet i śmieci kosmiczne uwalniają zanieczyszczenia do ziemskiej atmosfery, gdzie mogą uszkadzać warstwę ozonową, która chroni życie na Ziemi przed szkodliwym promieniowaniem UV – co wywołuje zaniepokojenie u coraz większej liczby naukowców. 

Badania nad wpływem emisji rakietowych na warstwę ozonową rozpoczęły się ponad 30 lat temu, ale przez długi czas oddziaływania te były uważane za niewielkie. Jednak zaczyna się zmieniać wraz z coraz większą liczbą wystrzeliwanych misji. W 2019 r. na całym świecie odbyło się zaledwie 97 startów rakiet kosmicznych. Do 2024 r. liczba ta wzrosła do 258, a astronomowie zakładają, że będzie nadal szybko rosnąć.

W środkowej i górnej atmosferze emisje z rakiet i śmieci kosmicznych schodzący na Ziemie, mogą pozostawać do 100 razy dłużej niż te pochodzące ze źródeł naziemnych, ze względu na brak procesów pozwalających na ich usunięcie – takich jak wymywanie przez chmury. Podczas gdy większość startów ma miejsce na półkuli północnej, cyrkulacja atmosferyczna rozprzestrzenia te zanieczyszczenia po całym globie.

Aby lepiej zrozumieć długoterminowy wpływ z rosnących emisji rakietowych, naukowcy z Federal Institute of Technology Zurich i University of Canterbury, korzystając z chemicznego modelu klimatu opracowanego przez Physical Meteorological Observatory in Davos (PMOD/WRC), przeprowadzili symulację ich wpływu na warstwę ozonową do 2030 roku. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie npj Climate and Atmospheric Science.

Jak tłumaczą naukowcy, zakładając scenariusz obejmujący 2040 starty rakiet rocznie do 2030 roku – około ośmiokrotnie więcej niż w 2024 r. – średnia globalna grubość warstwy ozonowej zmniejszyłaby się o prawie 0,3 proc., z sezonowymi redukcjami do 4 proc. nad Antarktydą, gdzie dziura ozonowa nadal tworzy się każdej wiosny.

Chociaż liczby te mogą wydawać się niewielkie, badacze podkreślają, że warstwa ozonowa wciąż odbudowuje się po wcześniejszych uszkodzeniach spowodowanych przez stosowanie chlorofluorowęglowodorów (freonów), które zostały zakazane przez Protokół Montrealski w 1989 roku. Jednak obecnie grubość globalnej warstwy ozonowej jest nadal o około 2 proc. niższa od poziomu sprzed epoki przemysłowej i badacze zakładają, że nie zostanie w pełni przywrócona do około 2066 roku. A nowe badanie wskazuje, że emisje z rakiet, jeśli nie zostaną uregulowane, mogą opóźnić ten proces o lata lub dziesięciolecia, w zależności od rozwoju przemysłu kosmicznego.

Głównymi czynnikami przyczyniającymi się do niszczenia warstwy ozonowej przez starty rakiet są gazowy chlor i cząsteczki sadzy. Chlor niszczy cząsteczki ozonu, podczas gdy cząsteczki sadzy ogrzewają środkową warstwę atmosfery, przyspieszając reakcje chemiczne niszczącą jego warstwę.

Większość rakietowych materiałów pędnych emituje sadzę, a emisje chloru pochodzą głównie z silników na paliwo stałe. Obecnie jedynymi systemami napędowymi, które mają znikomy wpływ na warstwę ozonową, są te wykorzystujące paliwa kriogeniczne, takie jak ciekły tlen i wodór. Jednak ze względu na złożoność technologiczną obsługi tego rodzaju paliw, tylko około 6 proc. startów rakiet je wykorzystuje.

Jak zaznaczają astronomowie, badanie uwzględniało głównie emisje uwalniane przez rakiety podczas wznoszenia się w przestrzeń kosmiczną. Ale jest to tylko część źródeł zanieczyszczeń. Większość satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej ponownie wchodzi w atmosferę pod koniec okresu eksploatacji, spalając się w tym procesie.

Generuje to dodatkowe zanieczyszczenia w atmosferze, w tym te zawierające różne cząstki metali i tlenki azotu, ze względu na intensywne ciepło generowane podczas ponownego wejścia. Podczas gdy tlenki azotu zubożają ozon, cząsteczki metali mogą przyczyniać się do tworzenia polarnych chmur stratosferycznych lub same nasilać utratę ozonu.

.Jednak wpływ spalania niedziałających satelitów pozostaje wciąż słabo poznany i nie został jeszcze uwzględniony w większości modeli atmosferycznych. Badacze zakładają, że wraz ze wzrostem liczby konstelacji satelitów, emisje związane z zejściem z orbity, będą coraz częstsze, a ich wpływ na warstwę ozonową będzie prawdopodobnie nawet wyższy niż obecne szacunki.

Oprac. EG