Komunikacione kompanije kao što je Starlink planiraju da lansiraju desetine hiljada satelita u orbitu oko Zemlje tokom sledeće decenije. Sve veći roj već stvara probleme astronomima, ali nedavna istraživanja su postavila još jedno pitanje: Šta se dešava kada počnu da se spuštaju?
Kada ovi sateliti dođu do kraja svog korisnog veka, oni će pasti u Zemljinu atmosferu i izgoreti. Usput će ostaviti trag sitnih metalnih čestica.
Prema studiji koju je prošle nedelje objavio tim američkih istraživača, ova satelitska kiša može da izbaci 360 tona sićušnih čestica aluminijum oksida u atmosferu svake godine. Aluminijum će se uglavnom ubrizgavati na visinama između 50 i 85 kilometara, ali će se zatim spustiti u stratosferu – dom Zemljinog zaštitnog ozonskog omotača.
Šta to znači? Prema studiji, trag satelita bi mogao da olakša hemijske reakcije koje uništavaju ozon. To nije pogrešno, ali kao što ćemo videti, priča je daleko od jednostavne.
Gubitak ozona u stratosferi izazivaju „slobodni radikali“—atomi ili molekuli sa slobodnim elektronom. Kada se proizvode radikali, oni započinju cikluse koji uništavaju mnoge molekule ozona. (Ovi ciklusi imaju imena kojima bi se dr Seus divio: NOk, HOk, ClOk i BrOk, jer svi uključuju kiseonik, kao i azot, vodonik, hlor i brom, respektivno.)
Ovi radikali nastaju kada se stabilni gasovi razbiju ultraljubičastom svetlošću, kojih ima dosta u stratosferi.
Azotni oksidi (NO k ) počinju sa azot oksidom. Ovo je gas staklene bašte koji prirodno proizvode mikrobi, ali ljudska proizvodnja đubriva i poljoprivreda su povećali količinu u vazduhu.
Ciklus HO k uključuje vodonične radikale iz vodene pare. Malo vodene pare dospeva u stratosferu, iako događaji poput podvodne vulkanske erupcije Hunga Tonga–Hunga Ha’apai 2022. ponekad mogu da unesu velike količine. Voda u stratosferi stvara brojne male čestice aerosola, koje stvaraju veliku površinu za hemijske reakcije i takođe raspršuju više svetlosti da bi napravili prelepe zalaske sunca. (Vratiću se na obe ove tačke kasnije.)
Kako su CFC napravili ‘ozonsku rupu’
ClO k i BrO k su ciklusi odgovorni za najpoznatije oštećenje ozonskog omotača: „ozonsku rupu“ koju izazivaju hlorofluorougljenici (CFC) i haloni. Ove hemikalije, koje su sada zabranjene, obično su se koristile u frižiderima i aparatima za gašenje požara i unosile hlor i brom u stratosferu.
CFC-i brzo oslobađaju radikale hlora u stratosferi. Međutim, ovaj reaktivni hlor se brzo neutrališe i zatvara u molekule sa azotnim i vodenim radikalima.
Šta se dalje dešava zavisi od aerosola u stratosferi, a u blizini polova zavisi i od oblaka.
Aerosoli ubrzavaju hemijske reakcije tako što obezbeđuju površinu na kojoj će se odvijati. Kao rezultat, aerosoli u stratosferi oslobađaju reaktivni hlor (i brom). Polarni stratosferski oblaci takođe uklanjaju vodu i azotne okside iz vazduha.
Dakle, generalno, kada ima više stratosferskih aerosola u okolini, verovatno ćemo videti više gubitka ozona.
Detalji specifičnog ubrizgavanja aluminijumskih oksida satelitima koji padaju bili bi prilično složeni. Ovo nije prva studija koja ističe rastuće zagađenje stratosfere zbog ponovnog ulaska svemirskog smeća.
2023. istraživači koji su proučavali čestice aerosola u stratosferi otkrili su tragove metala od ponovnog ulaska u svemirsku letelicu. Otkrili su da 10% stratosferskih aerosola već sadrži aluminijum, i predvideli su da će se ovo povećati na 50% u narednih 10-30 godina. (Oko 50% čestica stratosferskog aerosola već sadrži metale iz meteorita.)
Ne znamo kakav će to efekat imati. Jedan od verovatnih ishoda bi bio da čestice aluminijuma izazivaju rast čestica koje sadrže led. To znači da bi bilo više manjih, hladnih, reflektujućih čestica sa većom površinom na kojima može doći do hemije.
Takođe ne znamo kako će čestice aluminijuma stupiti u interakciju sa sumpornom kiselinom, azotnom kiselinom i vodom koja se nalazi u stratosferi. Kao rezultat toga, ne možemo zaista reći kakve će biti implikacije za gubitak ozona.
Učenje od vulkana
Da bismo zaista razumeli šta ovi aluminijumski oksidi znače za gubitak ozona, potrebne su nam laboratorijske studije, da detaljnije modelujemo hemiju, a takođe i da pogledamo kako bi se čestice kretale u atmosferi.
Na primer, nakon erupcije Hunga Tonga–Hunga Ha’apai, vodena para u stratosferi brzo se mešala oko južne hemisfere, a zatim se pomerila prema polu. U početku je ova dodatna voda izazivala intenzivne zalaske sunca, ali godinu dana kasnije, ovi vodeni aerosoli su dobro razređeni po celoj južnoj hemisferi i više ih ne vidimo.
Globalna struja koja se zove Bruer-Dobsonova cirkulacija pomera vazduh gore u stratosferu blizu ekvatora i ponovo dole na polovima. Kao rezultat toga, aerosoli i gasovi mogu ostati u stratosferi najviše šest godina. (Klimatske promene ubrzavaju ovu cirkulaciju, što znači da je vreme dok su aerosoli i gasovi u stratosferi kraće.)
Čuvena erupcija planine Pinatubo 1991. takođe je stvorila prelepe zalaske sunca. Ubacio je više od 15 miliona tona sumpor-dioksida u stratosferu, koji je oko tri godine hladio površinu Zemlje za nešto više od pola stepena Celzijusa. Ovaj događaj je inspiracija za predloge geoinženjeringa za usporavanje klimatskih promena namernim stavljanjem sulfatnih aerosola u stratosferu.
U poređenju sa Pinatubovim 15 miliona tona, 360 tona aluminijum oksida izgleda kao mali krompir.
Međutim, ne znamo kako će se oksidi aluminijuma fizički ponašati u stratosferskim uslovima. Da li će to napraviti aerosole koji su manji i reflektivniji – na taj način hladeći površinu, slično kao u scenarijima geoinženjeringa ubrizgavanja stratosferskog aerosola?
Takođe ne znamo kako će se aluminijum ponašati hemijski. Da li će stvoriti jezgra leda? Kako će reagovati sa azotnom i sumpornom kiselinom? Da li će oslobađati zaključani hlor efikasnije od trenutnih stratosferskih aerosola, olakšavajući uništavanje ozona?
I naravno, aluminijumski aerosoli neće ostati u stratosferi zauvek. Kada na kraju padnu na zemlju, šta će ova metalna kontaminacija učiniti u našim polarnim regionima?
Sva ova pitanja moraju biti rešena. Prema nekim procenama, više od 50.000 satelita bi moglo biti lansirano od sada do 2030. godine, tako da moramo brzo da ih rešimo.
