In een zeldzaam geval van milieusucces, de Verenigde Naties hebben zojuist aangekondigd dat ze geloven dat de schade aan de beschermende ozonlaag van de aarde tegen het jaar 2050 volledig zal zijn hersteld. Dit staat in schril contrast met het toenemende alarm over de klimaatnoodsituatie, veroorzaakt door een toenemend broeikaseffect.

Zowel de ozonlaag als het broeikaseffect helpen uiteindelijk te bepalen hoeveel ultraviolette (UV) straling van de zon het aardoppervlak bereikt, en hoeveel infrarood (IR) straling naar de ruimte ontsnapt. Beide vormen van straling hebben een kritische invloed op de bewoonbaarheid van een raketplaneet.

Het is duidelijk dat het beheersen van deze straling een dringende kwestie is op aarde. Maar het is ook een uitdaging voor degenen die ervan dromen Mars te koloniseren.

Ultraviolette straling is een vorm van licht met een golflengte van 10 tot 400 nanometer (1 nm is 0,00000001 meter lang). Dit is korter en energieker dan zichtbaar licht. Daarentegen, de golflengte van een typisch 4G-telefoonnetwerk is enkele tientallen centimeters.

Zonne-UV kan de productie van de essentiële vitamine D in de menselijke huid stimuleren, maar overmatige niveaus kunnen een reeks gezondheidsproblemen veroorzaken, waaronder zonnebrand, huidkanker en staar. Het kan ook planten beschadigen en de gewasproductie schaden.

Op aarde, bijna alle zonne-UV wordt geabsorbeerd door de ozonlaag, een gebied van de atmosfeer van de aarde dat zich uitstrekt van ongeveer 15-30 km hoogte. Zonder het, het leven op aarde zou in grote problemen komen.

Ozon is een natuurlijk voorkomend molecuul dat bestaat uit drie zuurstofatomen. De vorming van dit molecuul wordt zorgvuldig in evenwicht gehouden door een proces dat de Chapman-cyclus wordt genoemd. waarin ultraviolet licht de ozon afbreekt in een enkel zuurstofatoom en een zuurstofmolecuul. Natuurlijke factoren kunnen hiervoor als katalysator fungeren, zoals vulkanische activiteit en de stralingsgordels van de aarde.

De eerste waarnemingen dat de ozonbalans in de war was, werden gedaan in de jaren tachtig. Er werd vastgesteld dat het wijdverbreide gebruik en de uitstoot van bepaalde chemicaliën, zoals chloorfluorkoolwaterstoffen, ernstige schade aan de ozonlaag had veroorzaakt.

Dit was voor de internationale gemeenschap aanleiding om in 1987 het Montreal Protocol aan te nemen, tot dusver de enige VN-overeenkomst die ooit door elke lidstaat is geratificeerd.

IR-straling heeft een subtiel ander effect op de aarde en andere planeten. Alle objecten zenden een reeks licht uit, afhankelijk van hun temperatuur. Een object met een gemiddelde temperatuur van een miljoen graden zou voornamelijk röntgenstraling uitzenden (zoals sommige sterrenstelsels doen).

De zon, bij een gemiddelde temperatuur van 5, 700°C, straalt het sterkst uit in zichtbaar licht (met name in geel), terwijl objecten bij kamertemperatuur IR uitzenden. Dit is de reden waarom mensen duidelijk te zien zijn in een infraroodcamera.

Zonlicht, voornamelijk op zichtbare golflengten, gaat door de atmosfeer en verwarmt het aardoppervlak. Om het thermisch evenwicht te behouden, de aarde zendt dan licht terug in de ruimte, maar het doet dit in IR. Bepaalde moleculen in de atmosfeer laten een grote hoeveelheid zichtbaar licht door (daarom zijn ze onzichtbaar voor het menselijk oog), maar reflecteren of verstrooien het IR-licht dat door het oppervlak wordt uitgezonden, waardoor het oppervlak warmer wordt.

De chemicaliën die bij dit proces betrokken zijn, zijn wat we kennen als broeikasgassen, de meest bekende is kooldioxide, maar ook methaan en lachgas zijn belangrijk. Wat het klimaatprobleem compliceert, is dat waterdamp en ozon zelf ook allemaal broeikasgassen zijn.

Dit is een van de vele factoren die klimaatmodellering tot een zeer complex onderwerp maken. Het broeikaseffect zelf wordt meestal als een slechte zaak beschreven, maar het is eigenlijk essentieel voor het leven. Zonder enig broeikaseffect, het is relatief eenvoudig om aan te tonen dat de aarde een gemiddelde temperatuur van -24°C zou hebben, in plaats van onze huidige 14°C.

Zoals veel natuurlijke processen, menselijke activiteit heeft het broeikaseffect zodanig gewijzigd dat dit essentiële kenmerk van de bewoonbaarheid van onze planeet nu gevaarlijk wordt. We hebben voldoende bewijs dat mensen de hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer hebben verhoogd, en als een resultaat, de wereldgemiddelde temperatuur.

Lessen voor kolonisten

De uitdaging voor toekomstige kolonisten die op Mars hopen te leven, is precies het tegenovergestelde van die op aarde. De dunne atmosfeer betekent dat, hoewel er een grote concentratie koolstofdioxide is, het broeikaseffect is vrij zwak en moet worden versterkt. Maar een recente studie heeft aangetoond dat zelfs als de resterende koolstofdioxide in rotsen op Mars zou worden verdampt en in de atmosfeer zou worden gebracht, er zou niet genoeg van zijn om een ​​voldoende broeikaseffect te genereren om de planeet warm genoeg te maken om van te leven.

Vergeleken met de aarde, er is ook heel weinig ozon op Mars, en door de dunne atmosfeer van Mars kan veel meer zonne-UV het oppervlak bereiken. Deze straling is zo intens dat de bovenste centimeters van de aarde op Mars in wezen eenmaal per dag worden gesteriliseerd. waarbij alle complexe moleculen die nuttig kunnen zijn voor het leven worden vernietigd.

Dus wat kunnen we doen om het klimaat meer op dat van de aarde te laten lijken? Eerdere ideeën waren onder meer het installeren van een gigantische magneet in de ruimte bij Mars om de atmosfeer te beschermen en het afvuren van kernwapens op het oppervlak.

Een recent artikel suggereert dat we silica-aerogel kunnen gebruiken - een synthetisch en ultralicht materiaal gemaakt door een gel te nemen en de vloeibare component te vervangen door een gas - om delen van het oppervlak te bedekken. Dit zou in feite functioneren als een kunstmatige ozonlaag, bijna transparant zijn in zichtbaar licht maar UV blokkeren.

Het gebruik van silica-aerogel zou ook de grond eronder snel opwarmen tot boven het vriespunt van water door middel van een kunstmatig broeikaseffect. Het plaatsen van silica-aerogelschilden over ijsrijke delen van het oppervlak zou een omgeving creëren die geschikt is voor plantengroei, met minimale menselijke tussenkomst.

Dit alleen kan de rode planeet niet terravormen, omdat de atmosfeer van Mars voortdurend verloren gaat door de zonnewind. Echter, het zou in ieder geval een veel minder vijandige omgeving bieden, op kleinere schaal, voor toekomstige bezoekers. Hoewel het nog steeds een moeilijk vooruitzicht is, dit is momenteel de meest praktische manier om gebieden van Mars een minder extreme omgeving te maken.

uiteindelijk, het succes van het Protocol van Montreal toont zowel de levensvatbaarheid aan van collectieve internationale actie om een ​​milieuprobleem op te lossen, en dat veranderingen in het milieu op planetaire schaal in vrij korte tijd mogelijk zijn. Het laat ook duidelijk zien hoe gevoelig planetaire omgevingsprocessen kunnen zijn voor kunstmatige veranderingen, ten goede of ten kwade.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.