Tehiskaaslased on ohuks osoonikihile – loe, kuidas

Atmosfääri sisenevad tehiskaaslased põlevad säraküünaldena aga neist jääb järgi aktiviseid metalliosakesi, mis võivad osoonikinti hävitama hakata. Foto: ESA / NASA

Kommunikatsiooniettevõtted, nagu Starlink, plaanivad järgmisel kümnendil saata Maa orbiidile kümneid tuhandeid satelliite. Kasvav satelliitide hulk põhjustab juba probleeme astronoomidele, kuid hiljutised uuringud on tõstatanud teise küsimuse: mis juhtub, kui need hakkavad alla sadama?

Kui need satelliidid oma kasuliku eluea lõpul Maa atmosfääri langevad ja ära põlevad, jätavad nad maha pisikesi metalliosakesi.

Ameerika teadlaste hiljuti avaldatud uuringu kohaselt võib see satelliitide sadu lisada atmosfääri aastas 360 tonni pisikesi alumiiniumoksiidi osakesi. Enamik alumiiniumist satub 50 kuni 85 kilomeetri kõrgusele, kust see triivib alla stratosfääri – Maa kaitsvat osoonikihti sisaldavasse kihti.

Mida see tähendab? Uuringu kohaselt võivad satelliitide «sabajäljed» soodustada osooni lagundavate keemiliste reaktsioonide toimumist. Kuigi see on tõsi, on lugu tegelikult palju keerulisem.

Kuidas osoon laguneb?

Osooni kadu stratosfääris põhjustavad «vabad radikaalid» – aatomid või molekulid, millel on vaba elektron. Kui radikaalid tekivad, alustavad nad tsükleid, mis hävitavad palju osoonimolekule. Need tsüklid kannavad nimesid nagu NOx, HOx, ClOx ja BrOx, kuna kõik need sisaldavad hapnikku ning vastavalt lämmastikku, vesinikku, kloori ja broomi.

Need radikaalid tekivad, kui stabiilsed gaasid lagunevad ultraviolettvalguse toimel, mida on stratosfääris külluses.

Lämmastikoksiidid (NOx) algavad dilämmastikoksiidist. See on kasvuhoonegaas, mida mikroobid looduslikult toodavad, kuid inimeste väetiste tootmine ja põllumajandus on selle kogust õhus suurendanud.

HOx-tsükkel hõlmab vesiniku radikaale, mis tulevad veeaurust. Vähesel määral veeauru jõuab stratosfääri, kuid näiteks Hunga Tonga–Hunga Ha'apai  veealune vulkaanipurse 2022. aastal võib vahel suuri vesinukuradikaalide koguseid tekitada. Vesi stratosfääris loob arvukalt väikseid aerosooliosakesi, mis pakuvad keemilistele reaktsioonidele suuremat pindala ja hajutavad rohkem valgust, luues kauneid päikeseloojanguid.

Kuidas CFC-d tekitasid «osooniaugu»

ClOx ja BrOx tsüklid vastutavad osoonikihi kõige kuulsama kahjustuse eest: «osooniaugu» eest, mille põhjustasid kloorfluorosüsinikud (CFC-d) ja haloonid. Neid kemikaale, mis on nüüdseks keelatud, kasutati laialdaselt külmikutes ja tulekustutites, tekitades stratosfääri kloori ja broomi.

CFC-d vabastavad stratosfääris kiiresti klooriradikaale. Kuid see reaktiivne kloor neutraliseeritakse ja lukustatakse kiiresti lämmastiku ja veeradikaalidega molekulidesse.

Mis juhtub edasi, sõltub stratosfääri aerosoolidest ja polaarpiirkondades ka pilvedest.

Aerosoolid kiirendavad keemilisi reaktsioone, pakkudes neile pinda, kus need toimuda saavad. Selle tulemusena vabastavad stratosfääri aerosoolid reaktiivset kloori (ja broomi). Polaarsed stratosfääripilved eemaldavad samuti veed ja lämmastikoksiidid õhust.

Üldiselt, kui stratosfääris on rohkem aerosooli, on tõenäoliselt rohkem osoonikadu.

Järjest metallirikkam stratosfäär

Alumiiniumoksiidide konkreetse sekkumise üksikasjad langevate satelliitide poolt on üsna keerulised. See ei ole esimene uuring, mis toob esile kasvava stratosfääri kosmoseprügi saastatusega kaasneva probleemi, kui see taas-siseneb Maa atmosfääri.

2023. aastal tuvastasid stratosfääri aerosooliosakesi uurivad teadlased jälgi kosmoseaparaatide taas-sisenemisest pärit metallidest. Nad leidsid, et 10% stratosfääri aerosoolidest sisaldab juba alumiiniumi ning prognoosisid, et see osakaal tõuseb 50%-ni järgmise 10–30 aasta jooksul. (Ligikaudu 50% stratosfääri aerosooliosakestest sisaldab juba meteoriitidest pärit metalle.)

Et tõeliselt mõista, mida need alumiiniumoksiidid osoonikadudele tähendavad, vajame laboriuuringuid, et modelleerida keemiat üksikasjalikumalt ja uurida ka, kuidas osakesed atmosfääris liiguvad.

Näiteks pärast Hunga Tonga–Hunga Ha'apai purset segunes stratosfääris olev veeaur kiiresti lõunapoolkera ümber ja liikus seejärel pooluse suunas. Alguses põhjustas see lisavesi intensiivseid päikeseloojanguid, kuid aasta hiljem on need vee aerosoolid lõunapoolkeral hästi lahustunud ja me ei näe neid enam.

Üleilmne õhuvool, mida nimetatakse Brewer-Dobsoni tsirkulatsiooniks, liigutab ekvaatori lähedal õhku üles stratosfääri suunas ja seejärel tagasi alla pooluste juures. Selle tulemusena võivad aerosoolid ja gaasid stratosfääris püsida kuni kuus aastat. (Kliimamuutus kiirendab seda tsirkulatsiooni, mis tähendab, et aerosoolide ja gaaside viibimisaeg stratosfääris on lühem.)

Kuulus Mt. Pinatubo purse 1991. aastal lõi samuti kauneid päikeseloojanguid. See toimetas stratosfääri üle 15 miljoni tonni vääveldioksiidi, mis jahutas Maa pinda üle poole kraadi võrra umbes kolmeks aastaks. See sündmus on inspireerinud geoinseneride ettepanekuid kliimamuutuste aeglustamiseks, pannes sihilikult sulfaataerosoolid stratosfääri.

Paljud küsimused jäävad vastamata

Võrreldes Pinatubo 15 miljoni tonniga tundub 360 tonni alumiiniumoksiidi väike kogus.

Kuid me ei tea, kuidas alumiiniumoksiidid stratosfääritingimustes füüsiliselt käituvad. Kas need moodustavad väiksemaid ja peegeldavamaid aerosooli osakesi, mis jahutavad pinda, sarnaselt stratosfääri geoinseneride stsenaariumidele?

Me ei tea ka, kuidas alumiinium keemiliselt käitub. Kas see loob jää tuuma (ice nuclei)? Kuidas see interakteerub lämmastik- ja väävelhappega? Kas see vabastab lukustatud kloori tõhusamalt kui praegused stratosfääri aerosoolid, soodustades osooni hävitamist?

Ja muidugi ei jää alumiiniumaerosoolid igavesti stratosfääri. Kui nad lõpuks maapinnale langevad, mida see metallisaaste meie polaarpiirkondades teeb?

Kõik need küsimused vajavad vastuseid. Mõnede hinnangute kohaselt võib aastaks 2030 orbiidile saadetavate satelliitide arv ületada 50 000, seega on parem neile kiiresti vastata.

Allikas: The Conversation