Wissenschaftler entdecken Spuren von umweltschädlichen Metallen in der Stratosphäre: Raketen sind schuld
Oft sind die Folgen bestimmter Verhaltensweisen nicht offensichtlich und sichtbar, aber sie sind da und irgendwann treten sie unaufhaltsam zutage. Das gilt auch für die Verschmutzung, in diesem Fall die der Erdatmosphäre: Das haben Wissenschaftler herausgefunden.
Terrestrische und Weltraumverschmutzung und die Rolle der Stratosphäre
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Wir wissen viel über die Verschmutzung, gegen die wir versuchen, ökologische und nachhaltige Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Man denke nur an die Verschmutzung der Atmosphäre, der Meere und Ozeane, die durch die Freisetzung schädlicher und biologisch nicht abbaubarer Stoffe in die Luft und das Wasser verursacht wird, was unweigerlich langfristige Folgen hat. Jeden Tag hören wir zum Beispiel vom Smog und den giftigen Elementen, die wir regelmäßig einatmen und die durch Kraftfahrzeuge, Verbrennungsanlagen, Industrieanlagen, Kraftwerke usw. verursacht werden und die sich äußerst negativ auf das Ökosystem und unsere Gesundheit auswirken können.
Aber was ist mit der Umweltverschmutzung im Weltraum? Wie viel wissen wir wirklich darüber? Weltraumschrott besteht hauptsächlich aus Objekten wie alten Satelliten und Trümmern, die nach Weltraummissionen in der Erdumlaufbahn zurückbleiben. Diese Anhäufung kann eine Bedrohung für künftige Missionen darstellen, da sie zu Kollisionen führen und weitere Verschmutzungen verursachen kann. In diesem Zusammenhang haben Wissenschaftler, die die Stratosphäre untersuchen, eine rätselhafte neue Entdeckung gemacht.
Spuren von umweltschädlichen Metallen in der Stratosphäre entdeckt: die Forschung
Wissenschaftler der NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) in Colorado, USA, haben entdeckt, dass die Atmosphäre in etwa zwölf Kilometern Höhe über der Erdoberfläche mit Partikeln gefüllt ist, die verschiedene Metalle enthalten, die diese Schicht unsichtbar verschmutzen. Sie stammen offenbar von den zur Erde zurückkehrenden Raketen, die durch die Hitze der Reise überhitzt sind. Die Untersuchung wurde auf der Grundlage von Daten durchgeführt, die von einem Flugzeug in großer Höhe über der Arktis im Rahmen der SABRE-Mission (Stratospheric Aerosol Processes, Budget and Radiative Effects) gesammelt wurden. Ziel war es, die Identifizierung von Aerosolen, festen oder flüssigen Luftteilchen, die in der Stratosphäre verstreut sind und Schwefelsäuretröpfchen enthalten, die aus der Oxidation von Schwefelkohlenstoffgas stammen, zu vertiefen.
Die Stratosphäre ist eine der Schichten der Erdatmosphäre, genauer gesagt die zweite, die sich oberhalb der Troposphäre und unterhalb der Mesosphäre befindet. Sie erstreckt sich von etwa 10 bis 50 Kilometern über der Erdoberfläche und beherbergt die Ozonschicht, die für die Absorption schädlicher UV-Strahlen verantwortlich ist. Indem es die ultraviolette Strahlung absorbiert, wandelt Ozon sie in Wärme um und schützt uns so vor gefährlicher Strahlung. Aus diesem Grund steigt die Temperatur in der Stratosphäre im Gegensatz zur Troposphäre, je höher der Breitengrad, in dem sie liegt. Die Funktion und Gesundheit der Stratosphäre ist also entscheidend für unser Überleben und das des gesamten Ökosystems.
Aus diesem Grund ist die Entdeckung der Wissenschaftler besorgniserregend: Mit Hilfe eines hochempfindlichen Geräts, das an der Vorderseite des NASA-Forschungsflugzeugs WB-57 angebracht ist, konnten sie das Vorhandensein von Aluminium und Metallen in etwa 10 % der Schwefelsäurepartikel nachweisen, die die große Mehrheit der Partikel in der Stratosphäre ausmachen.
Verschmutzende Metalle in der Stratosphäre werden zunehmen
Daniel Murphy, Chemiker am Labor für Chemische Wissenschaften, und sein Team konnten die beobachteten Elemente auch mit den in Raketen und Satelliten verwendeten Speziallegierungen in Verbindung bringen, was ihren Ursprung bestätigte: verdampftes Metall von zur Erde zurückkehrenden Raumfahrzeugen. "Zwei der überraschendsten Elemente, die wir in diesen Partikeln fanden, waren Niob und Hafnium, beides seltene Elemente, die in der Stratosphäre nicht erwartet werden. Es war ein Rätsel, woher diese Metalle kamen und wie sie dorthin gelangten." Jetzt ist das Rätsel gelöst: Die Aerosole, deren Funktion gerade darin besteht, die Sonnenstrahlen zu absorbieren und zu reflektieren und das Leben auf der Erde zu schützen, wurden durch Weltraummüll verunreinigt. Sowohl Nibbium als auch Hafnium kommen in der Natur nicht als freie Elemente vor, sondern werden aus Mineralien veredelt, wie zum Beispiel in Superlegierungen für Raketen. Einige Partikel enthalten zudem Kupfer, Aluminium und Lithium in deutlich höheren Mengen als in Meteoriten, die Teil des so genannten Weltraumstaubs sind. "Die Kombination von Aluminium und Kupfer sowie Niob und Hafnium, die in hitzebeständigen und leistungsstarken Legierungen verwendet werden, wies uns den Weg in die Luft- und Raumfahrtindustrie".
Insgesamt konnte das Team mehr als zwanzig verschiedene Elemente in den Partikeln identifizieren, die beim Wiedereintritt von Satelliten und Raketen entstehen, darunter Eisen, Blei, Silber, Titan, Zink und Magnesium. Ermöglicht wurde dies durch PALMS, ein Akronym für Particle Analysis by Laser Spectrometry, ein Instrument, das in der Lage ist, alle Partikel in der Luft aufzunehmen und chemisch zu untersuchen, während das Flugzeug in Bewegung ist. Im Inneren des Flugzeugs wird das Aerosolteilchen von zwei Laserstrahlen analysiert, die seine Größe und Geschwindigkeit erkennen lassen. Ein dritter leistungsstarker Laser verdampft das Teilchen, und die Rückstände landen in zwei Massenspektrometern, die die "DNA" jedes Teilchens genau identifizieren können.
Das Hauptaugenmerk liegt nun darauf, zu verstehen, wie sich diese Trümmer auf den künftigen Weltraumverkehr auswirken könnten. Eine Hypothese besagt, dass die Stratosphäre mit Millionen von Tonnen Schwefelaerosolen übersät werden soll, um die globale Erwärmung zu verlangsamen, indem das Sonnenlicht zurück ins All reflektiert wird. Während derzeit etwa 10 % der stratosphärischen Partikel Metalle aus Raketen und Satelliten enthalten, könnte dieser Anteil in naher Zukunft auf 50 % ansteigen. "Es wird noch viel Arbeit nötig sein, um die Auswirkungen dieser neuen Metalle in der Stratosphäre zu verstehen", so Murphy.
Verschmutzung der Stratosphäre durch Raketen: die Folgen sind unbekannt
Martin Ross von der Aerospace Corporation und Mitautor der Studie erklärte: "Mit 10 Prozent ist der derzeitige Anteil des stratosphärischen Aerosols mit Metallkernen nicht groß, aber in den letzten fünf Jahren wurden über 5.000 Satelliten gestartet. Die meisten von ihnen werden in den nächsten fünf Jahren zurückkehren, und wir müssen wissen, wie dies die stratosphärischen Aerosole weiter beeinflussen könnte." Raketen und Satelliten sind eigentlich so konzipiert, dass sie in den Weltraum geschossen werden und am Ende der Mission die Umlaufbahn wieder verlassen. In der Rückkehrphase verglühen die Materialien in der oberen Atmosphäre, um nicht auf die Erde zu stürzen, aber die Folgen der Freisetzung von Metalldämpfen in dieser Schicht. "Es wird erwartet, dass die Menge an Aluminium in stratosphärischen Schwefelsäurepartikeln mit der Menge an meteorischem Eisen vergleichbar ist oder diese sogar übersteigt, mit unbekannten Folgen für Einschlüsse und Eisbildung. Das bedeutet, dass die Trümmer ausgedienter Raumfahrzeuge die Art und Weise beeinflussen könnten, wie Wasser in der Stratosphäre zu Eis gefriert, was die Größe der Aerosolpartikel verändern könnte.
"Die Raumfahrtindustrie ist in eine Ära des schnellen Wachstums eingetreten. Mit Zehntausenden von Kleinsatelliten, die für die niedrige Erdumlaufbahn geplant sind, wird sich diese Zunahme der Masse auf viel mehr Wiedereintrittsereignisse verteilen", so die Forscher. Der zur Entsorgung vorgesehene Weltraumschrott verschmutzt also tatsächlich die obere Erdschicht, und dieses Phänomen muss weiter erforscht werden, um seine langfristigen Auswirkungen zu verstehen. Sicherlich wird die Erforschung des Weltraums zunehmen, aber was wird es uns kosten, das Universum zu entdecken?
