Raumfahrt: Metall-Kontamination verändert unsere Stratosphäre

Dass wir langsam aber sicher ein Problem mit Weltraumschrott bekommen, ist inzwischen bekannt. Die Überreste von Raketen und Satelliten verschmutzen allerdings auch zunehmend die irdische Stratosphäre. Etwa zehn Prozent der Aerosole enthalten Messungen zufolge bereits Metallpartikel. Diese stammen aus Triebwerken und verglühten Raumfahrtkomponenten. Die Partikel bestehen unter anderem aus Aluminium, Lithium, Kupfer und Blei. Es ist zu erwarten, dass der Anteil an Metallpartikeln in Zukunft nur noch zunehmen wird.

Tausende Satelliten im All

Etwa 8.600 Satelliten kreisen derzeit in der Erdumlaufbahn, und die Tendenz steigt stetig. Dafür sind unter anderem der Ausbau von Satelliten-Konstellationen im Rahmen der Bereitstellung von Internet über Satelliten. Diese Konstellationen werden letztlich jede für sich aus Tausenden von Satelliten bestehen. Wenn alle derzeit existierenden Pläne in die Praxis umgesetzt werden, werden 2030 schätzungsweise 50.000 Satelliten um die Erde kreisen. Insbesondere im niedrigen Erdorbit häufen sich bereits jetzt alternde oder defekte Satelliten. Mehrere Tausend davon werden in den nächsten fünf Jahren in der Erdatmosphäre verglühen.

Wenn sie in der Atmosphäre verglühen, dann erzeugen solche Satelliten- und Raketenreste Metalldämpfe. Solche Dämpfe werden auch von den Triebwerken aufsteigender Raketen freigesetzt. Wenn die Dämpfe dann abkühlen, kondensieren sie zu kleinen Metallpartikeln, die dann in die Stratosphäre der Erde absinken.

Forscher:innen untersuchen Metalle in der Stratosphäre

Ein Team rund um Daniel Murphy von der US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) hat nun untersucht, was mit diesen Metallen passiert und um welche Metalle es sich handelt. „Bisher konzentrierten sich Studien zum Wiedereintritt auf die Risiken durch herabstürzende Trümmerteile, aber nicht auf das Schicksal der verdampften Metalle„, so die Forscher:innen. Das Team führte im Februar und März 2023 Messflüge mit einem Spezialflugzeug durch, bei denen sie mit einem Laser-Massenspektrometer die chemische Zusammensetzung von über 50.000 stratosphärischen Aerosolpartikeln ermittelten.

Dabei stellte sich heraus, dass nahezu alle in der Stratosphäre enthaltenen Schwebteilchen mit Metall versetzt sind. Auch Weltraumstaub und kleine Meteoriten hinterlassen metallische Elemente in der Atmosphäre, wenn sie in verglühen. „Metalle wie Natrium, Magnesium, Chrom, Eisen und Nickel sind in vielen stratosphärischen Partikeln in sehr konstanten Verhältnissen präsent. Sie liefern die klare Signatur des meteoritischen Anteils, so die Wissenschaftler:innen.

Außerdem zeigten sich aber auch Metalle, die keine typischen Bestandteile von Meteoriten oder Weltraumstaub sind. „Zwei der am wenigsten erwarteten Elemente waren Niob und Hafnium. Dies sind beides seltene Elemente, die in der Stratosphäre normalerweise nicht vorkommen„, so Murphy. Beide Metalle werden häufig in der Raumfahrt verwendet.

Insgesamt wies das Team in zehn Prozent der gemessenen Aerosole Metallpartikel nach, die aus der Raumfahrt stammen. Insgesamt identifizierten die Forscher:innen in ihrer Studie 20 verschiedene Elemente aus der Raumfahrt.

„Die Kombination von Aluminium und Kupfer plus Niob und Hafnium, die in hitzeresistenten Hochleistungslegierungen vorkommen, deuten klar auf einen Ursprung in der Raumfahrt hin„, so Murphy weiter. So wurde etwa auch Lithium nachgewiesen, das aus verglühten Lithium-Ionen-Batterien und Aluminiumlegierungen stammt.

Unbekannte Auswirkungen

Was das Vorhandensein dieser Metalle in der Stratosphäre bewirkt, ist bisher ungeklärt. Die Wissenschaftler:innen rund um Murphy schließen allerdings nicht aus, dass es spürbare Auswirkungen gibt. „Ein potenzieller Effekt wäre, dass Aluminium und andere Raumfahrt-Einträge die Bildung von Eiskristallen in der Stratosphäre beeinflussen„, schreiben sie. Letztlich könnte sich das auf den Ozonabbau auswirken.

Es wäre allerdings auch möglich, dass die nicht natürlich in der Stratosphäre vorhandenen Metalle chemische Reaktionen oder optische Effekte auslösen.

„Veränderungen der Atmosphäre sind oft komplex und schwer zu erforschen und zu verstehen. Aber unsere Ergebnisse zeigen uns, dass die Auswirkungen des Menschen und der Raumfahrt auf den Planeten bedeutender sein könnten als uns bisher klar ist„, sop Danial Cziczo von der Purdue University, ein Koautor der Studie.

via Purdue University

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