Forventet stigning i rumfart kan beskadige ozonlaget

Den forventede vækst i raketopsendelser til rumturisme, månelandinger og måske rejser til Mars har fået mange til at drømme om en ny æra af rumudforskning. Men en NOAA-undersøgelse tyder på, at et betydeligt løft i rumflyvningsaktivitet kan skade det beskyttende ozonlag på den ene planet, hvor vi bor.

Petroleumbrændende raketmotorer, der i vid udstrækning anvendes af den globale opsendelsesindustri, udsender udstødning, der indeholder sort kulstof eller sod, direkte ind i stratosfæren, hvor et lag af ozon beskytter alle levende ting på Jorden mod de skadelige virkninger af ultraviolet stråling, som omfatter hudkræft og svækket immunsystem hos mennesker, samt forstyrrelser i landbruget og økosystemerne.

Ifølge ny NOAA-forskning offentliggjort i Journal of Geophysical Research:Atmospheres , en 10-dobling af opsendelser med kulbrinte, hvilket er plausibelt inden for de næste to årtier baseret på de seneste tendenser i vækst i rumtrafikken, ville skade ozonlaget og ændre atmosfæriske cirkulationsmønstre.

"Vi er nødt til at lære mere om den potentielle påvirkning af kulbrintebrændende motorer på stratosfæren og på klimaet på jordens overflade," sagde hovedforfatter Christopher Maloney, en CIRES-forsker, der arbejder i NOAAs Chemical Sciences Laboratory. "Med yderligere forskning burde vi være i stand til bedre at forstå de relative påvirkninger af forskellige rakettyper på klima og ozon."

Lanceringshastigheden er tredoblet

Lanceringshastigheder er mere end tredoblet i de seneste årtier, sagde Maloney, og accelereret vækst forventes i de kommende årtier. Raketter er den eneste direkte kilde til menneskeskabt aerosolforurening over troposfæren, den laveste region af atmosfæren, som strækker sig til en højde på omkring fire til seks miles over jordens overflade.

Forskerholdet brugte en klimamodel til at simulere virkningen af ​​cirka 10.000 tons sodforurening, der indsprøjtes i stratosfæren over den nordlige halvkugle hvert år i 50 år. I øjeblikket udledes der anslået 1.000 tons raketsodudstødning årligt. Forskerne advarer om, at de nøjagtige mængder af sod, der udsendes af de forskellige kulbrintedrevne motorer, der bruges over hele kloden, er dårligt forstået.

Forskerne fandt ud af, at dette aktivitetsniveau ville øge de årlige temperaturer i stratosfæren med 0,5-2° Celsius (eller ca. 1-4°Farenheit), hvilket ville ændre de globale cirkulationsmønstre ved at bremse de subtropiske jetstrømme så meget som 3,5%, og svækkelse af den stratosfæriske væltende cirkulation.

Hvordan raketudstødning påvirker ozonlaget

Stratosfærisk ozon er stærkt påvirket af temperatur og atmosfærisk cirkulation, bemærkede medforfatter Robert Portmann, en forskningsfysiker med Chemical Sciences Laboratory, så det var ingen overraskelse for forskerholdet, at modellen fandt, at ændringer i stratosfæriske temperaturer og vinde også forårsagede ændringer i overfloden af ​​ozon. Forskerne fandt ud af, at ozonreduktioner fandt sted mod polen 30 grader nord, eller nogenlunde Houstons breddegrad, i næsten alle årets måneder. Den maksimale reduktion på 4% fandt sted på Nordpolen i juni. Alle andre steder nord for 30° N oplevede i det mindste noget reduceret ozon i løbet af året. Dette rumlige mønster af ozontab falder direkte sammen med den modellerede fordeling af sort kulstof og opvarmningen forbundet med det, sagde Maloney.

"Bundlinjen forventes, at stigninger i raketopsendelser kan udsætte mennesker på den nordlige halvkugle for øget skadelig UV-stråling," sagde Maloney.

Forskerholdet simulerede også to større emissionsscenarier på 30.000 og 100.000 tons sodforurening om året for bedre at forstå virkningerne af en ekstremt stor stigning i fremtidige rumrejser ved hjælp af kulbrintedrevne motorer og mere tydeligt undersøge de tilbagemeldinger, der bestemmer atmosfærens reaktion . Resultaterne viste, at stratosfæren er følsom over for relativt beskedne sorte kulinjektioner. De større emissionssimuleringer viste en lignende, men alligevel mere alvorlige forstyrrelse af atmosfærisk cirkulation og klimatab end tilfældet med 10.000 tons.

Opbygning af et forskningsgrundlag

Undersøgelsen byggede på tidligere forskning fra medlemmer af forfatterteamet. En undersøgelse fra 2010 ledet af medforfatter Martin Ross, en videnskabsmand ved The Aerospace Corporation, undersøgte først klimapåvirkningen af ​​en stigning i sodproducerende raketopsendelser. En anden undersøgelse udført på NOAA i 2017, hvor Ross var medforfatter, undersøgte klimaets reaktion på vanddampemissioner fra et foreslået genanvendeligt rumopsendelsessystem, der bruger renere brintdrevne raketter.

"Vores arbejde understreger vigtigheden af ​​ozonnedbrydning forårsaget af sodpartikler udsendt af flydende raketter," sagde Ross. "Disse simuleringer ændrer den langvarige tro på, at rumflyvningens eneste trussel mod ozonlaget var fra raketter med fast brændsel. Vi har vist, at partikler er der, hvor handlingen er for rumflyvningens påvirkninger."

Mens den nye forskning beskriver den indflydelse, som sod i raketudstødning har på klimaet og sammensætningen af ​​stratosfæren, sagde forskerne, at det repræsenterer et første skridt i at forstå spektret af påvirkninger på stratosfæren fra øget rumflyvning.

Forbrændingsemissioner fra de forskellige rakettyper skal evalueres, sagde de. Sod og andre partikler genereret af satellitter, der brænder op, når de falder ud af kredsløb, er også en voksende, dårligt forstået kilde til emissioner i den mellemste til øvre atmosfære. Disse og andre emner vil kræve yderligere forskning for at skabe et komplet billede af rumindustriens emissioner og deres indvirkning på Jordens klima og ozon. + Udforsk yderligere

Axiom-lancering:Hvorfor kommerciel rumrejse kunne være endnu et kæmpe spring for luftforurening