Raketen-Wiedereintritt: Schadstoffe belasten Ozonschicht und Atmosphäre

Die Verschmutzung durch den Wiedereintritt von Raketen führt Lithiumatome, Metalltrümmer und Aerosole in die Mesosphäre und die untere Thermosphäre ein, wodurch potenziell die Ozonschicht geschädigt und das thermische Gleichgewicht der Erde verändert wird. Eine wegweisende Studie, die im Februar 2026 veröffentlicht wurde, hat eine signifikante Lithiumwolke, die 2025 entdeckt wurde, direkt mit dem unkontrollierten Wiedereintritt einer SpaceX Falcon 9-Raketenstufe in Verbindung gebracht. Dieses Ereignis ist das erste Mal, dass Wissenschaftler den präzisen chemischen „Fußabdruck“ erfolgreich gemessen haben, den zerfallende Weltraum-Hardware in der dünnen Luft der oberen Atmosphäre hinterlässt.

Welche Umweltauswirkungen hat die Verschmutzung durch Raketenwiedereintritte?

Wiedereintritte von Raketen setzen Lithiumatome, Metalle und andere Schadstoffe in der Mesosphäre frei, was zu einer verzehnfachten Lithiumkonzentration führt, wie sie nach einem SpaceX-Falcon-9-Ereignis beobachtet wurde. Diese Emissionen können die Ozonschicht schädigen, das thermische Gleichgewicht verändern und Aerosole bilden, welche die obere Atmosphäre erwärmen. Die langfristige Akkumulation dieser nicht-natürlichen Chemikalien bleibt ein Hauptanliegen der Atmosphärenforscher.

Der Zerfall von Weltraum-Hardware wurde bisher als ein relativ „sauberer“ Prozess angesehen, da die Objekte verdampfen, bevor sie den Boden berühren. Forscher des Leibniz-Instituts für Atmosphärenphysik fanden jedoch heraus, dass diese Verdampfung die Masse der Rakete lediglich in die obere Atmosphäre umverteilt. Diese plötzliche Injektion von Metalldämpfen kann das empfindliche chemische Gleichgewicht der Mesosphäre stören, die sich etwa 50 bis 85 Kilometer über dem Meeresspiegel befindet, sowie der unteren Thermosphäre, die bis zu 120 Kilometer reicht. Im Gegensatz zu natürlichem Meteoritenstaub sind diese anthropogenen Einträge konzentriert und treten mit zunehmender Häufigkeit auf.

Wie erkennt die LIDAR-Technologie atmosphärische Verschmutzung?

Die LIDAR-Technologie erkennt atmosphärische Verschmutzung, indem sie hochfrequente Laserpulse in den Himmel schießt und das Licht misst, das von bestimmten Atomarten zurückgeworfen wird. Forscher nutzen diese Resonanzsignale, um Lithiumwolken in Höhen von 100 km zu identifizieren und die Verschmutzung auf spezifische SpaceX Falcon 9-Wiedereintrittsereignisse zurückzuführen. Diese bodengestützte Methode ermöglicht eine präzise Überwachung chemischer Veränderungen in Echtzeit.

Die Studie unter der Leitung des Forschers Robin Wing nutzte ein hochentwickeltes LIDAR-System (Light Detection and Ranging) in Norddeutschland, um den Himmel kurz nach 00:20 UTC am 20. Februar 2025 zu scannen. Das Team beobachtete einen deutlichen Anstieg der Lithiumatom-Konzentration, die das Zehnfache des normalen Basiswerts erreichte, der früher am Abend aufgezeichnet worden war. Diese spezifische Lithiumschicht verblieb etwa 27 Minuten lang im Sichtfeld des Instruments, was es dem Team ermöglichte, hochauflösende Daten über die vertikale Ausdehnung und Dichte der Wolke zu sammeln. Durch die Kombination dieser Messungen mit atmosphärischen Windmodellen konnten sie verifizieren, dass die Quelle eine SpaceX Falcon 9-Stufe war, die 20 Stunden zuvor über dem Atlantischen Ozean wieder eingetreten war.

Werden zunehmende Satellitenstarts die Verschmutzung der oberen Atmosphäre verschlimmern?

Zunehmende Satellitenstarts werden die Verschmutzung der oberen Atmosphäre wahrscheinlich verschlimmern, da in den nächsten zehn Jahren Tausende ausgediente Objekte für das Deorbiting vorgesehen sind. Prognosen deuten darauf hin, dass bis 2030 die kumulative Freisetzung von Lithium, Aluminium und Ruß die Erholung der Ozonschicht verlangsamen und die klimatischen Wechselwirkungen beeinflussen könnte. Das derzeitige Wachstum des Weltraumverkehrs findet ohne umfassende Regulierung chemischer Emissionen in der oberen Atmosphäre statt.

Der Übergang von herkömmlichen aluminiumbasierten Trümmern zu komplexeren Metalllegierungen in modernen Raumfahrzeugen verkompliziert die Umweltaussichten. Lithium wird in High-Tech-Luft- und Raumfahrtkomponenten immer häufiger verwendet, und sein Nachweis dient als Warnsignal für andere, weniger sichtbare Schadstoffe. Da die Anzahl der Objekte im Orbit und die Häufigkeit der Starts zunehmen, wächst die Gesamtmasse des in die Atmosphäre eintretenden Materials proportional. Dieser Trend deutet darauf hin, dass die anthropogene „Belastung“ der oberen Atmosphäre bald die natürlichen Einträge von Meteoren übersteigen könnte, was dringende Fragen zur Nachhaltigkeit im Weltraum aufwirft.

Der Prozess der atmosphärischen Ablation

Ablation ist der primäre Mechanismus, durch den feste Raketenteile beim Wiedereintritt in atmosphärische Gase umgewandelt werden. Als die SpaceX Falcon 9-Stufe durch die zunehmend dichte Luft der oberen Atmosphäre abstürzte, erzeugte die extreme Reibung Temperaturen, die hoch genug waren, um metallische Strukturen zu verdampfen. Dieser Prozess verwandelt festes Lithium und andere Legierungen in einen feinen Nebel aus Atomen und Ionen. Während sich einige dieser Materialien schließlich absetzen können, bleiben viele für längere Zeit in der Mesosphäre suspendiert, wo sie an komplexen katalytischen Reaktionen teilnehmen können, welche die thermische Struktur der Atmosphäre beeinflussen.

• Lithium: Wird aufgrund seines geringen natürlichen Vorkommens in der Thermosphäre als Tracer verwendet.
• Aluminium: Das am häufigsten vorkommende Metall in Weltraumschrott, von dem bekannt ist, dass es Aluminiumoxid-Partikel bildet, die das Sonnenlicht reflektieren.
• Ruß/Black Carbon: Wird von Raketentriebwerken und durch die Erhitzung beim Wiedereintritt freigesetzt und trägt zur lokalen Erwärmung bei.

Zukünftige Forschung und globale Standards

Wissenschaftler betonen nun die Notwendigkeit eines globalen Überwachungsnetzwerks, um den chemischen Fußabdruck der wachsenden Weltraumindustrie zu verfolgen. Während der Nachweis von 2025 eine erfolgreiche Fallstudie war, stellen Robin Wing und seine Kollegen fest, dass viele Spezies schnelle chemische Transformationen durchlaufen, die sie für aktuelle LIDAR-Techniken „unsichtbar“ machen. Dies bedeutet, dass die derzeitigen Messungen möglicherweise nur einen Bruchteil der Gesamtverschmutzung zeigen. Zukünftige Bemühungen werden eine Kombination aus satellitengestützten Beobachtungen und fortschrittlicher Modellierung der Atmosphärenchemie erfordern, um die langfristigen Risiken für die Schutzschichten der Erde vollständig abzuschätzen.

Die Studie des Leibniz-Instituts dient als kritischer Aufruf zum Handeln für sowohl Weltraumagenturen als auch private Unternehmen wie SpaceX. Während wir uns auf eine Zukunft mit „Megakonstellationen“ und wöchentlichen Orbitalstarts zubewegen, muss sich die Definition von Umweltauswirkungen über die Erdoberfläche hinaus ausdehnen. Die Bewahrung der Integrität der Mesosphäre wird zu einem lebenswichtigen Bestandteil der Atmosphärenwissenschaft, um sicherzustellen, dass unser Greifen nach den Sternen nicht auf Kosten der Luft geht, die uns am Leben erhält.