Кажется, что люди вообще не могут взаимодействовать с окружающей средой, не загрязняя ее каким-либо образом. От пластиковых пакетов в самых глубоких регионах океана до сажи на гималайских ледниках — наши отходы попадают в самые труднодоступные места Земли.
Теперь мы можем добавить к этому позорному списку металлы в стратосфере.
Исследователи из Научного колледжа Университета Пердью обнаружили металлы в аэрозолях высоко в стратосфере Земли. Эти металлы изменяют химический состав атмосферы нашей планеты способами, которые мы до конца не понимаем.
Исследователи представили свои результаты в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Он называется «Металлы при входе в атмосферу космического корабля в стратосферных аэрозольных частицах». Ведущий автор — Дэниел Мерфи с факультета наук о Земле, атмосфере и планетах Университета Пердью.
Исследовательская группа прикрепила инструменты к носовой части самолета, пролетавшего на высоте более 17,7 км (11 миль) над поверхностью Земли. Они обнаружили значительные количества более 20 химических элементов, включая литий, алюминий, медь и свинец. Ничто в природе не может объяснить их присутствие, и команда пришла к выводу, что они возникают из пара, испаряющегося с поверхностей отработавших ускорителей и другого космического мусора, когда он снова входит в атмосферу и сгорает.
«Понимание нашей планеты — один из самых неотложных исследовательских приоритетов».
Профессор Дэн Чикзо, Университет Пердью
Одним из исследователей является профессор Дэн Чикзо, заведующий кафедрой наук о Земле, атмосфере и планетах в Научном колледже Пердью. Чикзо — всемирно признанный эксперт в области науки об атмосфере.
«Мы находим этот искусственный материал в том, что мы считаем нетронутой областью атмосферы», — сказал Чиццо. «И если что-то меняется в стратосфере — этой стабильной области атмосферы — это заслуживает более пристального внимания».
Стратосфера – это место, где находится озоновый слой Земли. Озоновый слой защищает поверхность Земли и ее жителей от вредного солнечного излучения UVB. UVB-излучение вызывает у нас солнечные ожоги и играет самую большую роль в возникновении рака кожи. Нарушать его – не лучшая идея.
Озоновый слой защищает Землю, но у него есть и свои защитники: крупные частицы серной кислоты. Но эти частицы могут также действовать как зародыши для озоноразрушающего сульфатного аэрозольного слоя при правильных условиях. Исследование показало, что почти 10% этих частиц содержат алюминий и другие металлы. Что это означает для озонового слоя?
Это может зависеть от того, сколько металла находится в стратосфере.
Чтобы выяснить это, исследователи управляли двумя специально оборудованными самолетами, способными достигать больших высот. Одним из них был самолет WB-57, который исследовал атмосферу на высоте 11,8 миль (19 км) над землей на Аляске, а другим был самолет ER-2, который пролетал над континентальной частью Соединенных Штатов.
Хотя стратосфера не всегда приходит в голову большинству людей, ученые изучают этот важный регион на протяжении десятилетий. Он наполнен метеорными частицами метеоров, которые сгорают в атмосфере. Но с ростом активности запусков природа этих частиц меняется.
«Падающие звезды проносятся сквозь атмосферу», — сказал Чиццо. «Часто метеор сгорает в атмосфере и даже не становится метеоритом и не достигает планеты». Сгоревшие остатки метеоров образуют ионы, которые сохраняются в атмосфере. Первоначально они образуют очень горячий газ. Но со временем газ остывает и конденсируется в молекулы, которые падают в стратосферу.
«Молекулы находят друг друга, соединяются вместе и образуют то, что мы называем метеоритным дымом», — сказал Чизко, и этот дым можно измерить. «Ученые недавно начали замечать, что химические характеристики этих метеоритных частиц начали меняться, что заставило нас задаться вопросом: «Ну и что же изменилось?» потому что состав метеорита не изменился. Но количество космических кораблей имеет значение».
Число запускаемых космических аппаратов стремительно растёт. Фактически, 2022 год стал рекордным по запускам космических аппаратов: было совершено 180 успешных запусков. В отличие от прошлого, многие из этих запусков были осуществлены частными компаниями, и нет никаких признаков замедления темпов роста.
Большинство запусков не только выводят полезную нагрузку на орбиту и за ее пределы; они также производят мусор, особенно отработавшие ускорители, которые падают обратно через атмосферу на Землю. Неработающие спутники также сходят с орбиты, что усугубляет проблему. По пути вниз они сгорают, и металлы попадают в стратосферу. Весь этот неестественный металл может изменить атмосферу, и ученые пока не понимают, как, насколько и как долго.
«Просто чтобы вывести что-то на орбиту, вам нужно все это топливо и огромный корпус для поддержки полезной нагрузки», — сказал Чикзо. «Есть так много ракет, взлетающих и возвращающихся, и так много спутников, падающих обратно в атмосферу, что они начинают проявляться в стратосфере в виде аэрозольных частиц».
Это тревожная тенденция, учитывая, как наша промышленная деятельность нанесла ущерб озоновому слою в прошлом. Химические вещества, называемые хлорфторуглеродами (ХФУ), выбрасывались в больших количествах и были основными виновниками повреждения озона. В конце концов, страны по всему миру установили правила, регулирующие их использование, и со временем озоновый слой восстановился сам.
Это потребовало много усилий. Ученые должны были понять, что такое озон, политики должны были разработать соглашения об отказе от его использования, а промышленность должна была разработать альтернативы. Ничто из этого не было легким, и проблема металлов в стратосфере не менее запутанна.
Это исследование не привело к каким-либо однозначным выводам о влиянии этих металлов. Хотя там упоминаются некоторые возможности. Они могут повлиять на зарождение частиц льда или тригидрата азотной кислоты (НАТ) над полюсами. В статье 2000 года высказывалось предположение, что «…присутствие частиц NAT повышает вероятность активации хлора с последующим разрушением озона в полярных регионах, особенно в начале и конце зимы».
Они также пишут, что «новая стратосферная химия» возможна по мере того, как в стратосфере будет накапливаться больше металлов. «Пока возмущения, вызываемые такими аэрозолями, не будут лучше изучены, они представляют собой растущую неопределенность для стратосферного аэрозольного слоя», — пишут исследователи. Поскольку мы продолжаем впрыскивать металлы в верхние слои атмосферы, возникают «неизвестные последствия для включений и зарождения льда».
И все это на фоне растущего количества доказательств того, что выхлопы ракет сами по себе повреждают озоновый слой.
Нужно ли нам изменить методы защиты озонового слоя, как мы это сделали в 1987 году, когда разработали Монреальский протокол? Может быть. Но если мы это сделаем, то мы находимся только на первом этапе: понимании проблемы с научной точки зрения.
«Изменения в атмосфере могут быть трудными для изучения и понимания», — сказал Чицо. «Но это исследование показывает нам, что влияние человеческой деятельности и полетов человека в космос на планету может быть значительным — возможно, даже более значительным, чем мы пока можем себе представить. Понимание нашей планеты — один из самых неотложных исследовательских приоритетов».
