De verwachte groei van raketlanceringen voor ruimtetoerisme, maanlandingen en misschien reizen naar Mars heeft velen doen dromen van een nieuw tijdperk van ruimteverkenning. Maar een NOAA-studie suggereert dat een aanzienlijke toename van ruimtevluchtactiviteit de beschermende ozonlaag op de ene planeet waar we leven kan beschadigen.

Kerosinebrandende raketmotoren die veel worden gebruikt door de wereldwijde lanceerindustrie, stoten uitlaatgassen uit die zwarte koolstof of roet bevatten, rechtstreeks in de stratosfeer, waar een laag ozon alle levende wezens op aarde beschermt tegen de schadelijke effecten van ultraviolette straling, waaronder huidkanker en verzwakte immuunsystemen bij mensen, evenals verstoringen van landbouw en ecosystemen.

Volgens nieuw NOAA-onderzoek gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research:Atmospheres , zou een tienvoudige toename van het aantal lanceringen op basis van koolwaterstoffen, wat aannemelijk is in de komende twee decennia op basis van recente trends in de groei van het ruimteverkeer, de ozonlaag beschadigen en de atmosferische circulatiepatronen veranderen.

"We moeten meer leren over de mogelijke impact van koolwaterstofverbrandingsmotoren op de stratosfeer en op het klimaat aan het aardoppervlak", zegt hoofdauteur Christopher Maloney, een CIRES-onderzoeker die werkt in het Chemical Sciences Laboratory van NOAA. "Met verder onderzoek zouden we de relatieve effecten van verschillende soorten raketten op klimaat en ozon beter moeten kunnen begrijpen."

Lanceringspercentages zijn verdrievoudigd

De lanceringspercentages zijn de afgelopen decennia meer dan verdrievoudigd, zei Maloney, en de komende decennia wordt een versnelde groei verwacht. Raketten zijn de enige directe bron van door de mens veroorzaakte aerosolvervuiling boven de troposfeer, het laagste deel van de atmosfeer, dat zich uitstrekt tot een hoogte van ongeveer vier tot zes mijl boven het aardoppervlak.

Het onderzoeksteam gebruikte een klimaatmodel om de impact te simuleren van ongeveer 10.000 ton roetvervuiling die elk jaar gedurende 50 jaar in de stratosfeer boven het noordelijk halfrond wordt geïnjecteerd. Momenteel wordt jaarlijks naar schatting 1.000 ton raketroet uitgestoten. De onderzoekers waarschuwen dat de exacte hoeveelheden roet die worden uitgestoten door de verschillende koolwaterstofmotoren die over de hele wereld worden gebruikt, slecht worden begrepen.

De onderzoekers ontdekten dat dit niveau van activiteit de jaarlijkse temperatuur in de stratosfeer met 0,5-2 ° Celsius (of ongeveer 1-4 ° Farenheit) zou verhogen, wat de wereldwijde circulatiepatronen zou veranderen door de subtropische straalstromen met maar liefst 3,5% te vertragen, en verzwakking van de stratosferische kantelende circulatie.

Hoe raketuitlaatgassen de ozonlaag aantasten

Stratosferische ozon wordt sterk beïnvloed door temperatuur en atmosferische circulatie, merkte co-auteur Robert Portmann op, een onderzoeksfysicus bij het Chemical Sciences Laboratory, dus het was geen verrassing voor het onderzoeksteam dat het model ontdekte dat veranderingen in stratosferische temperaturen en winden ook veranderingen veroorzaakten in de overvloed aan ozon. De wetenschappers ontdekten dat er in bijna alle maanden van het jaar ozonreducties plaatsvonden in de richting van 30 graden noorderbreedte, of ruwweg de breedtegraad van Houston. De maximale reductie van 4% vond plaats op de Noordpool in juni. Alle andere locaties ten noorden van 30 ° N hadden het hele jaar door op zijn minst wat verminderde ozon. Dit ruimtelijke patroon van ozonverlies valt direct samen met de gemodelleerde verdeling van zwarte koolstof en de daarmee gepaard gaande opwarming, zei Maloney.

"Het komt erop neer dat een toename van raketlanceringen mensen op het noordelijk halfrond zou kunnen blootstellen aan verhoogde schadelijke UV-straling," zei Maloney.

Het onderzoeksteam simuleerde ook twee grotere emissiescenario's van 30.000 en 100.000 ton roetvervuiling per jaar om de effecten van een extreem grote toename van toekomstige ruimtereizen met behulp van koolwaterstof-aangedreven motoren beter te begrijpen en om de feedback die de reactie van de atmosfeer bepaalt duidelijker te onderzoeken. . De resultaten toonden aan dat de stratosfeer gevoelig is voor relatief bescheiden zwarte koolstofinjecties. De grotere emissiesimulaties lieten een vergelijkbare, maar ernstigere verstoring van de atmosferische circulatie en klimaatverlies zien dan het geval van 10.000 ton.

Een onderzoeksbasis bouwen

De studie bouwde voort op eerder onderzoek door leden van het auteursteam. Een studie uit 2010 onder leiding van co-auteur Martin Ross, een wetenschapper bij The Aerospace Corporation, onderzocht eerst de klimaatimpact van een toename van roetproducerende raketlanceringen. Een tweede onderzoek uitgevoerd bij NOAA in 2017, waarvan Ross co-auteur was, onderzocht de klimaatreactie op waterdampemissies van een voorgesteld herbruikbaar ruimtelanceringssysteem dat gebruik maakt van schonere raketten op waterstof.

"Ons werk benadrukt het belang van de aantasting van de ozonlaag veroorzaakt door roetdeeltjes die worden uitgestoten door op vloeibare brandstof gestookte raketten," zei Ross. "Deze simulaties veranderen de lang gekoesterde overtuiging dat de enige bedreiging van ruimtevluchten voor de ozonlaag afkomstig was van raketten met vaste brandstof. We hebben aangetoond dat deeltjes zijn waar de actie is voor de impact van ruimtevluchten."

Hoewel het nieuwe onderzoek de invloed beschrijft die roet in raketuitlaatgassen heeft op het klimaat en de samenstelling van de stratosfeer, zeiden de wetenschappers dat het een eerste stap vertegenwoordigt in het begrijpen van het spectrum van effecten op de stratosfeer van toegenomen ruimtevluchten.

Verbrandingsemissies van de verschillende soorten raketten moeten worden geëvalueerd, zeiden ze. Roet en andere deeltjes die worden gegenereerd door satellieten die verbranden wanneer ze uit een baan om de aarde vallen, zijn ook een groeiende, slecht begrepen bron van emissies in de middelste tot hogere atmosfeer. Deze en andere onderwerpen zullen verder onderzoek vergen om een ​​compleet beeld te krijgen van de emissies van de ruimtevaartindustrie en hun impact op het klimaat en de ozonlaag op aarde. + Verder verkennen

Axioma-lancering:waarom commerciële ruimtevaart opnieuw een enorme sprong voorwaarts kan zijn voor luchtvervuiling