De ruimte raakt vol. De afgelopen jaren is het aantal satellietlanceringen met een factor tien toegenomen, nu megaconstellaties van internetapparatuur de lage baan om de aarde bevolken. Het tempo waarin deze apparaten worden gelanceerd en buiten gebruik worden gesteld, veroorzaakt nieuwe vormen van vervuiling, die mogelijk het klimaatsysteem en de beschermende ozonlaag verstoren.
Begin januari waren er 14.300 actieve satellieten in een baan om de aarde. Twintig jaar eerder waren dat er volgens cijfers van Jonathan McDowell van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics nog maar 871. Van de huidige actieve satellieten zijn er meer dan 9.200 eigendom van SpaceX, dat in december bij de Federal Communications Commission een aanvraag heeft ingediend om nog eens 15.000 satellieten te lanceren. Amazon heeft plannen voor meer dan 3.000 satellieten, terwijl Blue Origin, het bedrijf van Amazon-oprichter Jeff Bezos, deze maand plannen aankondigde voor een netwerk van nog eens 5.408 satellieten. Ook de Chinese bedrijven Qianfan en Guowang zijn begonnen met het lanceren van megaconstellaties.
Omdat deze satellieten relatief goedkoop zijn en de technologie snel verbetert, worden veel ervan al na vijf of tien jaar afgedankt: ze worden teruggestuurd naar de atmosfeer om daar te verbranden, zodat ze geen ruimte innemen in het kostbare gebied enkele honderden kilometers boven de aarde. Die verbrandende satellieten geven een mix van zware metalen en koolstofdeeltjes vrij die dichter bij de aarde neerdwarrelen, in de anders chemisch stabiele stratosfeer, waar vliegtuigen vliegen, weerpatronen worden gevormd en ozon onze planeet beschermt. “We veranderen de samenstelling van de stratosfeer echt in een toestand die we nog nooit eerder hebben gezien”, zegt John Dykema, toegepast natuurkundige bij SEAS, die waarschuwt dat wetenschappers vandaag de dag veel van de gevolgen slecht begrijpen. Wat volgens hem duidelijk wordt, is dat de haast om de ruimte te verkennen het risico met zich meebrengt dat het mondiale klimaatsysteem wordt verstoord en de ozonlaag, die alle levende wezens beschermt tegen DNA-vernietigende ultraviolette straling, verder wordt uitgeput.
Hoe satellietroet de lucht kan opwarmen
Wanneer de wrijving bij het terugkeren in de atmosfeer een satelliet doet ontbranden, komen er uit organische materialen aan boord, zoals kunststoffen of koolstofvezelcomposieten, deeltjes zwarte koolstof vrij, hetzelfde fijne roet dat in hout- of kolenrook voorkomt. Fysisch gezien komt zwarte koolstof in verschillende vormen voor. Sommige deeltjes volgen herhalende patronen en zijn “kristallijn”, zoals grafiet, de gladde, schilferige lagen die in potloden voorkomen. Andere zijn willekeurig of ‘amorf’. Die structurele en chemische verschillen, waaronder de manier waarop de koolstofatomen zich binden met elementen zoals waterstof, bepalen hoe de zwarte koolstof het binnenkomende zonlicht beïnvloedt. Sommige deeltjes verstrooien zonlicht, andere absorberen het. Sommige absorberen infrarood licht, maar geen ultraviolet licht.
Hoe dit proces zich precies afspeelt in de stratosfeer en wat de impact op het klimaat is, blijft onzeker. Verandert zwarte koolstof vooral de totale energiebalans van de aarde, het evenwicht tussen binnenkomende zonne-energie en de naar de ruimte teruggestraalde warmte? Of verstoort het sterker de stratosferische circulatie, de langzame transportband die lucht, warmte en sporen van gassen zoals ozon en waterdamp uit de tropen naar de polen en weer terug naar beneden transporteert, waardoor wordt bepaald hoe warmte in het klimaatsysteem wordt verspreid en hoe het weer aan het aardoppervlak zich ontwikkelt? “We brengen thermische energie in het klimaatsysteem van de aarde, maar we brengen die op nieuwe plaatsen in”, aldus Dykema. “We begrijpen niet echt wat de gevolgen zijn van een veranderende stratosferische circulatie. Het zou ervoor kunnen zorgen dat stormtrajecten verschuiven. Misschien zou het klimaatzones kunnen verschuiven, of mogelijk een nieuwe bron van droogtes en overstromingen kunnen zijn.”
Bedreigingen voor de ozonlaag
Metingen en modellen van onderzoekers van Harvard en Rajan Chakrabarty van de Washington University in St. Louis suggereren dat een van de meest gebruikte metalen in de satellietbouw, aluminium, terecht kan komen als aluminiumhoudende deeltjes in de stratosfeer, waar aluminiumoxide op die deeltjes een oppervlak vormt voor ozonvernietigende chemische reacties. Sandro Vattioni van ETH Zürich heeft aangetoond dat er grote onzekerheden bestaan over de manier waarop dit proces chloor in de omgeving op die hoogte kan omzetten in een zeer reactieve vorm. “Chloor is een van de belangrijkste factoren in het ozongat”, aldus Dykema. “Als je dus een nieuw oppervlak toevoegt dat bestaand chloor omzet in reactieve en vrije radicalen, zal dat ook het ozonverlies bevorderen.” Dit extra verlies is nog niet voldoende om een nieuw ozongat te creëren, maar het kan het herstel vertragen dat begon nadat het Protocol van Montreal van 1987 chloorfluorkoolwaterstoffen geleidelijk uitbande. En wat gebeurt er als de mensheid steeds meer materiaal in een baan om de aarde brengt, waarvan een groot deel uiteindelijk als puin terugkeert? Als aluminiumoxide zich blijft ophopen, kan het ozonverlies ernstiger worden. “Het is niet de meest efficiënte manier om een ozongat te creëren, maar het veroorzaakt wel extra ozonerosie, wat het herstel vertraagt”, aldus Dykema.
Wat moeten beleidsmakers doen?
Voorlopig is volgens wetenschappers de belangrijkste stap voor beleidsmakers om het probleem serieus te nemen zonder te doen alsof ze alle antwoorden hebben. Onderzoekers over de hele wereld werken eraan om te begrijpen wat er op het spel staat, zodat ze toekomstig beleid kunnen sturen. Dykema vermoedt dat veranderingen in de stratosferische circulatie uiteindelijk wel eens ingrijpender zouden kunnen blijken te zijn dan het extra ozonverlies, omdat de gevolgen zo onzeker en potentieel verstrekkend zijn. Op dit moment zijn veel vragen “niet echt vatbaar voor een eenvoudige, lineaire analyse”, zei hij, waarbij hij waarschuwde: “Het ozonverlies is aanzienlijk, en we brengen zoveel materiaal naar boven dat het op een niet-proportionele manier zou kunnen toenemen.”
Maar zelfs met al die onbekende factoren liggen er al keuzes op tafel. Overheden en regelgevers kunnen aandringen op een duurzamer gebruik van de ruimte, van de materialen die worden gebruikt bij de bouw van satellieten tot de soorten stuwstoffen die raketten aandrijven. Vaste brandstoffen produceren bijvoorbeeld aluminium en aluminiumoxide in de uitlaatgassen, wat suggereert dat beslissingen over vaste versus vloeibare stuwstoffen, en over in welke regio's en seizoenen er gelanceerd wordt, reële gevolgen voor de atmosfeer kunnen hebben. De vraag is, nu het satellietentijdperk in een stroomversnelling komt, of beleidsmakers actie zullen ondernemen voordat de onzichtbare nasleep van onze ruimtevaartambities onmogelijk te negeren wordt.
Bron: Phys.org
