Czy dziura ozonowa może się powtórzyć? I co mają z tym wspólnego satelity Muska?

Cząsteczki tlenu w atmosferze występują w parach (O2). Wysoko w stratosferze pod wpływem promieniowania ultrafioletowego słońca powstają również cząsteczki ozonu — to złączone w trójki atomy tlenu (O3).

Ich żywot nie jest zbyt długi, również pod wpływem promieniowania rozpadają się z powrotem na parę i samotny atom tlenu. Jednak to właśnie ten proces — powstawania ozonu i jego rozpadu pochłania większość promieniowania ultrafioletowego w atmosferze.

Nad warstwą ozonową natężenie promieniowania ultrafioletowego ze Słońca jest miliony razy wyższe niż na powierzchni Ziemi. Tu dociera do nas znacznie bezpieczniejsze promieniowanie o najdłuższych falach (głównie UVA i nieco UVB).

(Gwoli ścisłości promieniowanie UV zatrzymują też azot i dwuatomowy tlen, ale pochłaniają fale o długości do 200 nanometrów, ozon zaś resztę, głównie do 280 nm.)

W 1982 roku dr Joe Farma, członek brytyjskiej naukowej misji antarktycznej, odkrył, że znaczna część pokrywy ozonowej nad biegunem zanikła. W kolejnych latach ozonu nadal ubywało. W 1987 roku było go już tylko połowa tego, co na początku lat osiemdziesiątych.

Zjawisko to nazwano dziurą ozonową — rzeczywiście nad biegunem południowym w warstwie ozonu ziała coraz większa dziura.

Freony, czyli fluoro-chloro-węglowodory

Szybko znaleziono jej przyczynę. Okazały się nią związki fluoru, chloru i węgla w Polsce nazywane często od ich nazwy handlowej freonami. Wykorzystywano je jako czynniki chłodnicze w lodówkach, klimatyzatorach oraz (jako stosunkowo obojętne chemicznie i łatwe do sprężania) w puszkach z aerozolami.

Zaledwie trzy lata po odkryciu zanikania ozonu nad Antarktyką, w 1985 roku, przyjęto Konwencję wiedeńską w sprawie ochrony warstwy ozonowej. Dwa lata później podpisano protokół montrealski, kolejne międzynarodowe porozumienie mające na celu przeciwdziałanie dziurze ozonowej.

Państwa rozwinięte zobowiązały się wyeliminować te substancje do 2000 roku (pięć lat później skrócono ten czas do 1995 roku). Państwa rozwijające się miały na to dziesięć lat więcej. Powołano też fundusz, który miał pomóc w tym krajom najuboższym.

Wysiłek się udał. Szkodliwe związki węgla, chloru i fluoru zostały wycofane. Ich emisja do środowiska spadła niemal do zera.

Lepszy chlor niż brom

Jak pisał Tomasz Borejza w SmogLab.pl, gdy w latach 20. ubiegłego wieku zaczynano produkcję pierwszych lodówek, wahano się, czy czynniki chłodzące oprzeć na chlorze, czy raczej na bromie.

Wybrano wtedy chlor, co okazało się dobrym wyborem. Gdyby bowiem wybrano brom, już by nas pewnie na powierzchni Ziemi nie było.

“Wszystko dlatego, że o ile chlor niszczy warstwę ozonową konsekwentnie, ale powoli, to brom robi to znacznie szybciej. I gdybyśmy wypuścili go do powietrza tyle, ile wypuściliśmy chlorofluorowęglowodorów (lepiej znanych jako freony), to nie zdążylibyśmy się nawet zorientować, co nas wykończyło”.

Związki bromu wywołują w atmosferze reakcję łańcuchową. Ze względu na swoją gwałtowność nazywana jest w angielskich źródłach “eksplozją bromową”.

[Wiemy o tym, bowiem wiosną ozon czasem gwałtownie znika z niższych warstw atmosfery. Powodem są związki bromu wydzielane przez mikroorganizmy i glony morskie, które zimą gromadzą się w morskim lodzie. Gdy topnieje wiosną, uchodzą do atmosfery i powstają gwałtownie lokalne “dziury ozonowe” (tropospheric ozone depletion events).

Zjawiska te są mniej groźne, bo zachodzą w niższej warstwie atmosfery (troposferze), gdzie ozonu jest mniej. Groźniejsze byłyby wyżej (w stratosferze), gdzie mogłyby zniszczyć więcej ozonu. Do mieszania się troposfery i stratosfery zachodzi jednak rzadko — dzieli je warstwa zwana tropopauzą.]

Bez warstwy ozonowej od nadmiaru promieniowania ultrafioletowego obumierałyby rośliny. Bez nich zaczęłyby wymierać zwierzęta. Na końcu zapewne wymarliby także ludzie.

Dziura ozonowa potrwa do połowy wieku

Trzeba dodać, że większość związków węgla, chloru i fluoru to także bardzo silne gazy cieplarniane. Na przykład najprostszy związek węgla i fluoru (czterochlorek fluoru, CF4) zatrzymuje ciepło 5-10 tysięcy razy skuteczniej niż dwutlenek węgla.

Według niektórych szacunków eliminacja freonów pozwoliła nam uniknąć dodatkowego pół stopnia ocieplenia do końca tego stulecia. Z pozoru niedużo? Pół stopnia oznacza choćby trzy razy częstsze cyklony tropikalne.

Dziura ozonowa jeszcze nie zabliźniła się w pełni, bo wciąż w atmosferze obecne są związki, które nie zdążyły się rozłożyć. Jednak mniej więcej od 2005 roku ilość ozonu nad biegunem południowym rośnie, a zasięg dziury ozonowej maleje. Według prognoz ONZ, warstwa ozonowa może się całkowicie zregenerować do 2060 roku.

Udany wysiłek międzynarodowy, uratowana warstwa ozonowa, mniejsze globalne ocieplenie. To chyba jedna z najbardziej podnoszących na duchu opowieści o współczesnym świecie.

I w tym momencie wchodzi Elon Musk, cały na biało.

Satelity, wszędzie satelity

Jedną z idées fixes Elona Muska jest sieć satelitów, zapewniająca internet na całym globie. Wymaga to około 12 tysięcy satelitów umieszczonych na niskiej orbicie okołoziemskiej.

Musk konsekwentnie ten pomysł realizuje, wynosząc na orbitę kolejne tysiące satelitów. W marcu tego roku nad Ziemią krążyło już 6 tysięcy satelitów Starlink.

Dzieje się to ku zgorszeniu astronomów i miłośników astronomii. Satelity widać przez teleskopy i pozostawiają smugi na zdjęciach (przy sprzyjających warunkach można je zobaczyć nawet gołym okiem). Utrudnia to obserwacje nieba z Ziemi.

Musk bywa oskarżany o „zawłaszczanie przestrzeni kosmicznej”, ale nie to jest w tej opowieści najważniejsze.

Nie dziesiątki, lecz setki tysięcy

Jak wyliczali naukowcy (z British Columbia University i Aerospace Corporation) w pracy opublikowanej w 2021 roku w „Scientific Reports”, w ciągu dwóch lat liczba nieczynnych satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej wzrosła dwukrotnie. Na niskiej orbicie jest już ich około 5 tysięcy.

(Innych kosmicznych śmieci o mniejszej masie na razie nie rozważajmy. Jest ich dużo więcej, ale są też i dużo mniejszych rozmiarów.)

Liczba ta wzrośnie, bo nie da się ukryć, że Musk zapoczątkował modę na prywatne sieci satelitów telekomunikacyjnych. Satelitów Starlink ma być docelowo 12 tysięcy. Inni amerykańscy operatorzy (przyszłego) satelitarnego internetu chcą dorzucić do tej liczby kolejne 30 tysięcy. Podobne plany ma inna wielka firma, Amazon.

Z szacunków wynika, że liczba satelitów może w ciągu dekady wzrosnąć nawet do stu tysięcy, a w okolicy połowy tego stulecia nawet i do miliona.

Większość z nich koniec końców wejdzie kiedyś w atmosferę. Satelity wielkości przeciętnego SUV-a będą spalać się w niej nawet i co godzinę. Będzie to niewątpliwie widowiskowe, ale doprowadzi do rozpaczy astronomów.

I martwi naukowców.

Starty rakiet niszczą ozon

Każdy satelita musi zostać wyniesiony na orbitę przez rakietę. Dziś ich wpływ na atmosferę jest niewielki, ale wiadomo, że na pewno nie jest korzystny.

Część rakiet używa paliwa stałego, które zawiera związki chloru (wahadłowce używały glinu i nadchloranu amonu).

Dokładnie tak, jak zakazane międzynarodowymi umowami środki chłodnicze, one także niszczą atmosferyczny ozon. Po przejściu rakiety na paliwo stałe przez atmosferę powstaje lokalna (acz krótkotrwała) dziura ozonowa.

Na warstwę ozonową mają wpływ także pyły z ciekłego paliwa rakietowego, czyli węglowodorów (głównie przez wpływ na tworzenie się chmur stratosferycznych). Rakiety Falcon 9 firmy SpaceX napędza mieszanka nafty i ciekłego tlenu. Tysiąc startów rocznie oznacza więcej sadzy, kilka procent ozonu w atmosferze mniej i dodatkowe stopnie globalnego ocieplenia.

Na warstwę ozonową wpływałyby też satelity kończące swój żywot w atmosferze. Budowane są głównie z aluminium, czyli stopów glinu. Spalając się w atmosferze, tworzy tlenek glinu, który również może niekorzystnie wpływać na ozon w atmosferze, obawiają się niektórzy badacze.

Tak, satelity mogą niszczyć warstwę ozonową. I pogłębić zmiany klimatu. Problem na razie jest zaniedbywalny, ale będzie coraz większy z czasem. Ostrzega o tym choćby amerykańska Agencja Oceanów i Atmosfery, NOAA.

Nie ma lotów bez paliwa

Przemysł kosmiczny może być kolejną branżą, która szkody dla środowiska przerzuca na nas wszystkich. Chociaż nie musi. Skoro już raz udało się ograniczyć produkcję związków chemicznych szkodliwych dla warstwy ozonowej, być może uda się ograniczyć wpływ przemysłu kosmicznego na atmosferę.

Jest jedno ale. Szkodliwe dla ozonu związki nie były nam niezbędne, znaleziono dla nich zamienniki. A rakieta bez paliwa się nie obędzie.

61, 87, 148… (lotów w kosmos)

Niska orbita okołoziemska zaczyna się już 200 km nad powierzchnią Ziemi. Na tej wysokości znajdują się jeszcze resztki atmosfery. Są bardzo rozrzedzone, ale trzeba je uwzględniać w wyliczeniach orbit.

Jeśli nastąpi błąd w obliczeniach, skutki są opłakane. Na przykład 3 lutego 2022 roku firma Muska (SpaceX) wyniosła w przestrzeń 49 satelitów Starlink, a już trzy dni później 38 z nich zanurkowało z powrotem ku Ziemi i spłonęło w atmosferze.

Przegapiono, że cztery dni przed startem (29 lutego) nastąpiła burza słoneczna. Gdy strumień cząstek ze Słońca dociera do ziemskiej stratosfery, zwiększa się jej gęstość. A to zwiększa tarcie, czego inżynierowie SpaceX nie uwzględnili.

Oczywiście te czterdzieści brakujących satelitów trzeba było wynieść na orbitę. Co oznaczało kolejny start rakiety Falcon, jeden z sześćdziesięciu, bo tyle ich było w samym 2022 roku.

W kolejnym, 2023 roku było ich już 87. Na ten rok SpaceX zaplanował 148 startów.

Cykl „SOBOTA PRAWDĘ CI POWIE” to propozycja OKO.press na pierwszy dzień weekendu. Znajdziecie tu fact-checkingi (z OKO-wym fałszometrem) zarówno z polityki polskiej, jak i ze świata, bo nie tylko u nas politycy i polityczki kłamią, kręcą, konfabulują. Cofniemy się też w przeszłość, bo kłamstwo towarzyszyło całym dziejom. Rozbrajamy mity i popularne złudzenia krążące po sieci i ludzkich umysłach. I piszemy o błędach poznawczych, które sprawiają, że jesteśmy bezbronni wobec kłamstw. Tylko czy naprawdę jesteśmy? Nad tym też się zastanowimy.