Überschallflugzeuge und Raketen könnten die Erholung der Ozonschicht vereiteln

Dec 06, 2023

Die Ozonschicht ist auf dem Weg der Besserung, aber noch nicht ganz überwunden.

Die Ozonschicht der Atmosphäre wurde im 20. Jahrhundert durch Chemikalien in Aerosolsprays und Kühlschränken zerstört, erholt sich nun aber und könnte in einigen Jahrzehnten sogar vollständig heilen, schätzt eine neue wissenschaftliche Untersuchung. Es entstehen jedoch neue Technologien, die diesen globalen Heilungsprozess vereiteln könnten.

Ozon, ein aus drei Sauerstoffatomen bestehendes Molekül, das in den unteren Teilen der Stratosphäre (der zweituntersten Schicht der Erdatmosphäre) verteilt ist, blockiert schädliche ultraviolette Strahlung der Sonne, die lebendes Gewebe schädigen, Krebs verursachen und das Sehvermögen schädigen kann. Seit den 1980er Jahren, als der Ozonabbau in der Stratosphäre und das klaffende Loch in der Ozonschicht über der Antarktis erstmals entdeckt wurden, hat die Welt große Fortschritte bei der Milderung oder Heilung dieser Schäden gemacht.

Das 1987 in Kraft getretene Montrealer Protokoll führte zum weltweiten Ausstieg aus den schädlichsten ozonschädigenden Substanzen, den Fluorchlorkohlenwasserstoffen, die in den 1950er Jahren als Treibmittel in chemischen Sprays und Kältemitteln in Klimaanlagen und Autos eingeführt wurden und Kühlschränke.

Ein am 9. Januar veröffentlichter Bericht der Weltorganisation für Meteorologie (WMO) besagt, dass die Ozonschicht auf dem besten Weg ist, sich innerhalb von vier Jahrzehnten vollständig zu erholen. Es nennt aber auch vier aufkommende Technologien, die den Heilungsprozess in der Zukunft zurückwerfen könnten.

Hier äußern weltweit führende Experten ihre Sicht auf die Situation.

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Fast 6.000 aktive Satelliten umkreisen derzeit die Erde, mehr als je zuvor in der Geschichte der Menschheit. Laut einer Einschätzung des US Government Accountability Office (GAO) könnte diese Zahl bis 2030 auf unglaubliche 58.000 ansteigen. Die meisten dieser Satelliten werden Megakonstellationsbetreibern wie Starlink von SpaceX, OneWeb oder Kuiper von Amazon gehören. Die meisten dieser Satelliten werden sich in einer niedrigen Erdumlaufbahn befinden, dem Weltraumbereich unterhalb von 2.000 Kilometern, und werden regelmäßig durch neuere, fortschrittlichere Modelle ersetzt. Das bedeutet, dass innerhalb eines Jahrzehnts riesige Mengen alter, nicht mehr funktionierender Raumfahrzeuge in der Erdatmosphäre verbrennen werden, während die Schwerkraft die alten, unerwünschten Satelliten zurück zum Planeten zieht.

Diese Satelliten bestehen aus Metallen wie Aluminium und Titan und enthalten andere potenziell giftige Substanzen. Wissenschaftler befürchten, dass diese Satelliten beim Verbrennen schädliche Chemikalien freisetzen könnten, die die sich erholende Ozonschicht schädigen könnten.

„Der Abwurf von Satelliten aus diesen großen Konstellationen mit niedriger Erdumlaufbahn in die Atmosphäre und ihre Verdampfung beim Wiedereintritt stellt eine sehr erhebliche potenzielle Auswirkung sowohl auf das Klima als auch auf die Ozonschicht dar“, sagt Martin Ross, ein Forscher bei der Aerospace Corporation in Kalifornien, der die Auswirkungen untersucht von Weltraumsystemen in der Stratosphäre, sagte Space.com. „Im Moment wissen wir sehr wenig darüber, was passiert, wenn diese Satelliten verdampfen und sich in Partikel und Gase verwandeln. Wir wissen nicht, wie aktiv diese Partikel und Gase sowohl chemisch als auch strahlend sind. Aber wir wissen, dass es bald Tonnen davon geben werden.“ Dieses Zeug kommt runter.

Aluminiumoxide, die beim Abbrand der auf Aluminium basierenden Raumfahrzeugkörper entstehen können, wurden in der Vergangenheit mit der Ozonzerstörung in Verbindung gebracht. Beim Verbrennen von Titan könnten Titanoxide entstehen, die laut Ross die optischen Eigenschaften der Umgebungsluft verändern können. Es gibt noch weitere umstrittene Elemente in Satellitenkomponenten – Kobalt und Lithium in Batterien, Spuren von Gold und Blei – alles Elemente, die sonst nicht in den oberen Atmosphärenschichten vorkommen.

„Was die chemische Reaktivität mit Ozon angeht, besteht die Möglichkeit einer Überraschung“, sagte Ross. „Das muss verstanden werden. Was diese Partikel sind und welche chemische Reaktivität sie haben.“

Überschallflugzeuge wie die inzwischen ausgemusterte Concorde fliegen in größeren Höhen als herkömmliche Düsenflugzeuge. Concordes und andere Überschallflugzeuge, wie sie beispielsweise vom Militär eingesetzt werden, fliegen über 60.000 Fuß (18,3 Kilometer) über der Erdoberfläche und setzen Schadstoffe in die untere Stratosphäre frei, wo sich die schützende Ozonschicht befindet. Der WMO-Bericht schätzt, dass die Emissionen der Überschallluftfahrt „die gesamte Ozonsäule um bis zu 10 % reduzieren könnten“, wenn sie zum Mainstream werden würde.

„Es werden neue Überschall- und Hyperschallflugzeuge entwickelt, die Wasserdampf und Stickoxide in die Stratosphäre abgeben können“, sagte Paul Newman, der Chefwissenschaftler für Geowissenschaften am Goddard Space Flight Center der NASA, der am WMO-Bericht mitgearbeitet hat, gegenüber Space.com. „Derzeit gibt es nicht genug davon, aber wenn man in Zukunft damit beginnen würde, Tausende dieser Flugzeuge in der Stratosphäre zu fliegen, könnte das erhebliche Auswirkungen haben.“

Obwohl die von British Airways und Air France betriebene Concorde-Flotte 2003 ausgemustert wurde, nachdem das Interesse der Passagiere nach einem tödlichen Absturz im Jahr 2000 stark zurückgegangen war, freuen sich Fluggesellschaften auf der ganzen Welt nun auf eine neue Generation von Überschallflugzeugen, die derzeit entwickelt wird .

Das in den USA ansässige Unternehmen Boom Supersonic hat kürzlich das innovative Symphony-Triebwerk für sein Überschall-Passagierflugzeug namens Overture vorgestellt, das, wie das Unternehmen hofft, noch in diesem Jahrzehnt mit der Flugerprobung beginnen könnte.

Auch die NASA ist mit ihrem Experimentalflugzeug X-59 am neuen Geschäft mit der Überschallluftfahrt beteiligt, das darauf abzielt, den störenden Lärm zu beseitigen, der traditionell mit Überschallflügen verbunden ist.

Im WMO-Bericht heißt es außerdem, dass Raketenstarts zwar derzeit nur etwa 0,1 % der nachweisbaren Ozonzerstörung ausmachen, diese Zahl jedoch in Zukunft steigen könnte, da die Zahl der Raketenstarts voraussichtlich zunehmen wird.

Es werden neue Raketenantriebssysteme entwickelt, die vermutlich umweltfreundlicheren Wasserstoff- und Methantreibstoff verbrauchen, doch Wissenschaftler warnen, dass nicht genug über die Wechselwirkung der Abgase dieser Raketenmotoren mit den oberen Schichten der Erdatmosphäre, der Stratosphäre, bekannt ist, in der sich das Ozon befindet Schicht und die noch höhere Mesosphäre.

Ross hofft, dass die Weltraum- und Atmosphärenforschungsagenturen der Welt bald mit ihren Höhenflugzeugen in die Stratosphäre fliegen, um zu messen, was genau hoch über der Erde passiert, wenn Raketen, die fossile Brennstoffe und umweltfreundlichere Alternativen wie Wasserstoff und Methan verbrauchen, durchfliegen.

„Wir wollen das Gleiche tun wie vor 25 Jahren, als Feststoffraketenmotoren als Bedrohung für die Ozonschicht galten“, sagte Ross. „Die NASA, die NOAA (die US-amerikanische Meeres- und Atmosphärenbehörde) und die US-Luftwaffe kamen alle zusammen und führten Messungen in den tatsächlichen Wolken in der Stratosphäre durch. Und dank dessen konnten wir feststellen, dass die Feststoffraketenmotoren nicht so waren schlecht, wie einige Modelle vermuten ließen.“

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Die Experten befürchten außerdem, dass mögliche Geoengineering-Eingriffe, also Versuche, den Klimawandel künstlich zu verlangsamen, Auswirkungen auf die Ozonschicht haben könnten. Es gibt noch keine derartigen Pläne, aber seit Jahren untersuchen Wissenschaftler Methoden, die dazu beitragen könnten, die in der Erdatmosphäre eingeschlossene Wärmemenge zu reduzieren, indem sie die Albedo oder das Reflexionsvermögen der Luft um unseren Planeten erhöhen. Solche Effekte wurden nach starken Vulkanausbrüchen beobachtet, die große Mengen schwefelhaltiger Asche in die Stratosphäre schleuderten. Bekanntlich sanken die globalen Durchschnittstemperaturen nach dem Ausbruch des Mount Pinatubo auf den Philippinen im Jahr 1991 um etwa 1 Grad Fahrenheit (0,6 Grad Celsius). Der Effekt war mindestens 15 Monate lang messbar.

Es wurden bereits Verfahren skizziert, die diese Prozesse rechnerisch nachahmen könnten. Newman warnt jedoch davor, dass die Nebenwirkungen solcher Eingriffe überhaupt nicht verstanden werden.

„Die Leute fangen an, die stratosphärische Aerosolinjektion (SAI) als mögliche Lösung zu betrachten, um in die Zukunft zu gelangen, in der wir die Kohlendioxidemissionen reduzieren werden“, sagte Newman. „Es ist etwas, das wir im Falle eines katastrophalen Klimawandels in Betracht ziehen könnten – massive Überschwemmungen, Hitzewellen, die zu mehreren Todesfällen führen, die Zerstörung von Ernten. Das Problem ist, dass unsere Modelle die Auswirkungen von SAI nicht gut simulieren können. Wir.“ Wir wissen, dass es die Stratosphäre stark verändern würde, daher besteht die Sorge, dass es das Ozonloch über der Antarktis verschlimmern könnte.“

Dennoch bleibt das Montrealer Protokoll ein großer Erfolg der Fähigkeit der Menschheit, sich zu vereinen und die selbst auferlegte Zerstörung unserer Umwelt abzuwehren. Die Ozonschicht ist vielleicht noch nicht ganz aus dem Gröbsten, aber Wissenschaftler hoffen, dass die Lehren aus den Bemühungen, sie zu retten, in unseren noch unentschlossenen Kampf gegen den Klimawandel einfließen können.

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Tereza ist eine in London ansässige Wissenschafts- und Technologiejournalistin, aufstrebende Romanautorin und Amateurturnerin. Die gebürtige Pragerin in der Tschechischen Republik verbrachte die ersten sieben Jahre ihrer Karriere als Reporterin, Drehbuchautorin und Moderatorin für verschiedene Fernsehprogramme des tschechischen öffentlich-rechtlichen Fernsehens. Später legte sie eine Karrierepause ein, um sich weiterzubilden, und ergänzte ihren Bachelor in Journalismus und ihren Master in Kulturanthropologie an der Prager Karls-Universität um einen Master in Naturwissenschaften an der International Space University in Frankreich. Sie arbeitete als Reporterin bei der Zeitschrift „Engineering and Technology“, war freiberuflich für eine Reihe von Publikationen tätig, darunter Live Science, Space.com, Professional Engineering, Via Satellite und Space News, und war als Wissenschaftsredakteurin für Mutterschutzbeiträge bei der Europäischen Weltraumorganisation tätig.

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