Vervuiling door terugkeer van raketten beïnvloedt ozonlaag en atmosfeer

Vervuiling door de terugkeer van raketten introduceert lithiumatomen, metalen brokstukken en aerosolen in de mesosfeer en de lagere thermosfeer, wat de ozonlaag kan beschadigen en de warmtebalans van de aarde kan verstoren. Een baanbrekende studie, gepubliceerd in februari 2026, heeft een direct verband gelegd tussen een significante lithiumpluim die in 2025 werd gedetecteerd en de ongecontroleerde terugkeer van een SpaceX Falcon 9-rakettrap. Deze gebeurtenis markeert de eerste keer dat wetenschappers met succes de precieze chemische "voetafdruk" hebben gemeten die wordt achtergelaten door desintegrerende ruimtehardware in de ijle lucht van de hogere atmosfeer.

Wat zijn de milieueffecten van vervuiling door de terugkeer van raketten?

Bij de terugkeer van raketten komen lithiumatomen, metalen en andere vervuilende stoffen vrij in de mesosfeer, wat leidt tot een vertienvoudiging van de lithiumconcentraties, zoals waargenomen na een SpaceX Falcon 9-gebeurtenis. Deze emissies kunnen de ozonlaag beschadigen, de warmtebalans veranderen en aerosolen vormen die de hogere atmosfeer opwarmen. De langdurige accumulatie van deze niet-natuurlijke chemicaliën blijft een grote zorg voor atmosferische wetenschappers.

De desintegratie van ruimtehardware werd voorheen beschouwd als een relatief "schoon" proces, omdat objecten verdampen voordat ze de grond raken. Onderzoekers van het Leibniz Institute of Atmospheric Physics ontdekten echter dat deze verdamping de massa van de raket simpelweg herverdeelt in de hogere atmosfeer. Deze plotselinge injectie van metaaldampen kan het delicate chemische evenwicht verstoren van de mesosfeer, die zich ongeveer 50 tot 85 kilometer boven de zeespiegel bevindt, en de lagere thermosfeer, die tot 120 kilometer reikt. In tegenstelling tot natuurlijk meteorenstof zijn deze antropogene inputs geconcentreerd en komen ze met een toenemende frequentie voor.

Hoe detecteert LIDAR-technologie atmosferische vervuiling?

LIDAR-technologie detecteert atmosferische vervuiling door hoogfrequente laserpulsen de lucht in te sturen en het licht te meten dat terugkaatst van specifieke atoomsoorten. Onderzoekers gebruiken deze resonantiesignalen om lithiumpluimen op 100 km hoogte te identificeren, waarbij de vervuiling wordt herleid naar specifieke SpaceX Falcon 9-terugkeerevenementen. Deze vanaf de grond uitgevoerde methode maakt nauwkeurige monitoring van chemische veranderingen in realtime mogelijk.

De studie, onder leiding van onderzoeker Robin Wing, maakte gebruik van een geavanceerd LIDAR-systeem (Light Detection and Ranging) in Noord-Duitsland om de lucht te scannen kort na 00:20 UTC op 20 februari 2025. Het team nam een duidelijke stijging in de concentratie lithiumatomen waar, die tien keer hoger lag dan de normale basiswaarde die eerder die avond was gemeten. Deze specifieke lithiumlaag bleef ongeveer 27 minuten in het gezichtsveld van het instrument, waardoor het team gegevens met een hoge resolutie kon verzamelen over de verticale omvang en dichtheid van de pluim. Door deze metingen te combineren met atmosferische windmodellen, konden ze verifiëren dat de bron een SpaceX Falcon 9-trap was die 20 uur daarvoor boven de Atlantische Oceaan was teruggekeerd.

Zullen toenemende satellietlanceringen de vervuiling in de hogere atmosfeer verergeren?

Toenemende satellietlanceringen zullen de vervuiling in de hogere atmosfeer waarschijnlijk verergeren, aangezien duizenden afgedankte objecten gepland staan om de komende tien jaar uit hun baan te worden gehaald. Prognoses suggereren dat tegen 2030 de cumulatieve uitstoot van lithium, aluminium en roet het herstel van de ozonlaag zou kunnen vertragen en de klimaatinteracties zou kunnen beïnvloeden. De huidige groei in het ruimteverkeer vindt plaats zonder uitgebreide regelgeving voor chemische emissies in de hogere atmosfeer.

De overgang van traditioneel op aluminium gebaseerd puin naar complexere metaallegeringen in moderne ruimtevaartuigen compliceert de milieuvooruitzichten. Lithium komt steeds vaker voor in hightech lucht- en ruimtevaartcomponenten, en de detectie ervan dient als een "kanarie in de kolenmijn" voor andere, minder zichtbare vervuilende stoffen. Naarmate het aantal objecten in een baan om de aarde en de frequentie van lanceringen toenemen, groeit de totale massa aan materiaal die de atmosfeer binnenkomt evenredig mee. Deze trend suggereert dat de antropogene "belasting" van de hogere atmosfeer binnenkort de natuurlijke input van meteoren kan overtreffen, wat dringende vragen oproept over duurzaamheid in de ruimte.

Het proces van atmosferische ablatie

Ablatie is het primaire mechanisme waarmee vaste raketonderdelen tijdens de terugkeer worden omgezet in atmosferische gassen. Terwijl de SpaceX Falcon 9-trap door de steeds dichtere lucht van de hogere atmosfeer daalde, genereerde extreme wrijving temperaturen die hoog genoeg waren om metalen structuren te doen verdampen. Dit proces verandert vast lithium en andere legeringen in een fijne nevel van atomen en ionen. Hoewel sommige van deze materialen uiteindelijk kunnen bezinken, blijven vele gedurende langere perioden in de mesosfeer zweven, waar ze kunnen deelnemen aan complexe katalytische reacties die de thermische structuur van de atmosfeer beïnvloeden.

• Lithium: Wordt gebruikt als tracer vanwege het lage natuurlijke voorkomen in de thermosfeer.
• Aluminium: Het meest voorkomende metaal in ruimteafval, bekend om het vormen van aluminadeeltjes die zonlicht reflecteren.
• Roet/zwarte koolstof: Komt vrij uit raketmotoren en door de verhitting bij terugkeer, wat bijdraagt aan lokale opwarming.

Toekomstig onderzoek en wereldwijde standaarden

Wetenschappers benadrukken nu de noodzaak van een wereldwijd monitoringsnetwerk om de chemische voetafdruk van de groeiende ruimtevaartindustrie te volgen. Hoewel de detectie in 2025 een succesvolle casestudy was, merken Robin Wing en zijn collega's op dat veel stoffen snelle chemische transformaties ondergaan die hen "onzichtbaar" maken voor de huidige LIDAR-technieken. Dit betekent dat de huidige metingen mogelijk slechts een fractie van de totale vervuiling laten zien. Toekomstige inspanningen vereisen een combinatie van satellietwaarnemingen en geavanceerde atmosferische chemische modellering om de langetermijnrisico's voor de beschermende lagen van de aarde volledig te kunnen beoordelen.

De studie van het Leibniz-instituut dient als een kritische oproep tot actie voor zowel ruimtevaartorganisaties als particuliere bedrijven zoals SpaceX. Nu we op weg zijn naar een toekomst met "megaconstellaties" en wekelijkse lanceringen in een baan om de aarde, moet de definitie van milieu-impact verder reiken dan het aardoppervlak. Het behoud van de integriteit van de mesosfeer wordt een essentieel onderdeel van de atmosferische wetenschap, om ervoor te zorgen dat onze drang naar de sterren niet ten koste gaat van de lucht die ons in leven houdt.