Potenzieller Ozonabbau durch den Wiedereintritt von Satelliten in der Ära der Megakonstellationen
Hintergrund und Problemstellung
Die Zunahme von Satelliten in niedrigen Erdumlaufbahnen (LEO) ist hauptsächlich durch die steigende Nachfrage nach globalem Internetdienst bedingt. Unternehmen wie SpaceX und Amazon planen massive Satellitenkonstellationen, um eine weltweite Internetabdeckung zu gewährleisten. Diese sogenannten Megakonstellationen bestehen aus Tausenden von kleinen Satelliten, die eine Lebensdauer von etwa fünf Jahren haben. Nach dieser Zeit müssen sie ersetzt werden, wobei die alten Satelliten in die Erdatmosphäre zurückkehren und verglühen. Dieser Wiedereintrittsprozess führt zur Freisetzung von Aluminiumoxidpartikeln, die chemische Reaktionen katalysieren, die die Ozonschicht schädigen.
Wichtige Zahlen und Fakten
(A) Aktuelle Satellitenanzahl: SpaceX betreibt derzeit etwa 6.111 aktive Starlink-Satelliten im Orbit (Stand Juli 2024) (CEOWORLD magazine) (Star Walk).
(B) Zukünftige Pläne: In den kommenden fünf Jahren plant SpaceX, die Zahl der Starlink-Satelliten auf bis zu 12.000 zu erhöhen und hat Anträge gestellt, diese Zahl auf bis zu 42.000 Satelliten zu erweitern (Star Walk) (Space.com).
(C) Aluminiumoxidproduktion: Beim Wiedereintritt eines typischen 250 Kilogramm schweren Satelliten werden etwa 30 Kilogramm Aluminiumoxid-Nanopartikel freigesetzt.
(D) Anstieg der Aluminiumoxidbelastung: Im Jahr 2022 wurden durch den Wiedereintritt von Satelliten etwa 17 metrische Tonnen Aluminiumoxid in die Atmosphäre freigesetzt. Mit der vollständigen Umsetzung der geplanten Megakonstellationen könnte diese Menge auf 360 metrische Tonnen pro Jahr ansteigen, was einem Anstieg von 646 % gegenüber den natürlichen Werten entspricht.
Langfristige Auswirkungen:
Es dauert bis zu 30 Jahre, bis diese Aluminiumoxidpartikel von der Mesosphäre (50-85 Kilometer über der Erdoberfläche) in die Stratosphäre absinken, wo sie die Ozonschicht beeinflussen. Die Stratosphäre enthält etwa 90 % des gesamten atmosphärischen Ozons (Science).
Chemische Auswirkungen auf die Ozonschicht
Die freigesetzten Aluminiumoxidpartikel selbst reagieren nicht direkt mit Ozonmolekülen. Stattdessen katalysieren sie chemische Reaktionen zwischen Ozon und Chlor, die zur Zerstörung von Ozon führen. Dieser Prozess kann wie folgt beschrieben werden: Aluminiumoxidpartikel fördern die Reaktion zwischen Chlormolekülen und Ozon, wodurch Ozonmoleküle in Sauerstoff umgewandelt werden.
Ein einzelnes Aluminiumoxidpartikel kann dabei viele Ozonmoleküle abbauen, da es nicht in der Reaktion verbraucht wird. Die Partikel können über Jahrzehnte hinweg in der Stratosphäre verbleiben und kontinuierlich Ozon abbauen. Dies bedeutet, dass die Schäden durch heutige Satelliten auch in vielen Jahren noch spürbar sein werden (AGU Newsroom) (Science).
Auswirkungen auf die Natur und die Menschheit
Der Anstieg der Aluminiumoxidpartikel und der damit verbundene Ozonabbau haben weitreichende Folgen: Die Ozonschicht schützt die Erde vor schädlicher ultravioletter (UV) Strahlung. Ein Abbau dieser Schicht führt zu einer erhöhten UV-B-Belastung auf der Erdoberfläche, was zu gesundheitlichen Problemen wie Hautkrebs, Augenkrankheiten und Immunschwäche bei Menschen führen kann. Höhere UV-Strahlung kann auch die Photosynthese in Pflanzen beeinträchtigen, was zu geringeren Ernteerträgen und negativen Auswirkungen auf die Nahrungsketten führen kann. Besonders empfindlich sind marine Ökosysteme, da UV-Strahlung das Phytoplankton, die Basis der marinen Nahrungskette, schädigen kann. Viele Materialien, darunter Kunststoffe und Holz, werden durch erhöhte UV-Strahlung schneller abgebaut, was zu höheren Wartungskosten und kürzeren Lebensdauern für viele Produkte führen kann (AGU Newsroom) (Science).
Zusätzliche Informationen zu verglühten Satelliten
In den vergangenen fünf Jahren hat SpaceX etwa 467 Satelliten kontrolliert deorbitiert, die beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre verglühten (SpaceNews) (SpaceNews). Diese Zahlen umfassen sowohl geplante als auch ungeplante Deorbit-Manöver, die aus verschiedenen Gründen, wie Designfehlern oder verbesserten Versionen der Satelliten, durchgeführt wurden.
Zukünftige Entwicklungen und Empfehlungen
Angesichts der bedrohlichen Aussichten durch den Anstieg der Aluminiumoxidbelastung und den Ozonabbau ist es entscheidend, Maßnahmen zu ergreifen: Es bedarf einer intensiven Überwachung der Auswirkungen des Satellitenwiedereintritts auf die Atmosphäre und einer möglichen Regulierung der Anzahl und Art der Satelliten, die gestartet werden. Die Erforschung und Entwicklung von Satellitenmaterialien, die weniger schädliche Rückstände hinterlassen, ist notwendig. Der Schutz der Ozonschicht erfordert eine globale Zusammenarbeit, ähnlich wie beim Montrealer Protokoll, um effektive Maßnahmen gegen den Ozonabbau zu koordinieren und umzusetzen.
Die Studie zeigt deutlich, dass die zunehmende Nutzung von Megakonstellationen nicht nur Vorteile in der globalen Internetabdeckung bringt, sondern auch erhebliche Umweltprobleme verursacht. Es ist dringend erforderlich, diese Probleme anzugehen, um die schützende Ozonschicht der Erde und damit die Gesundheit und das Wohlbefinden der gesamten Biosphäre zu erhalten.