В рамках программы мегагрантов Министерства науки и высшего образования РФ, ученые лаборатории исследования озонового слоя и верхней атмосферы Санкт-Петербургского государственного университета провели моделирование, демонстрирующее возможное воздействие увеличения количества ракетных запусков на озоновый слой к 2030 году. Согласно их результатам, рост числа запусков может привести к истончению озонового слоя почти на 4% в высоких широтах. Исследование было опубликовано в Nature (climate and atmospheric science).
За последние годы развитие современных технологий позволило существенно расширить возможности по запуску космических ракет, что привело к активизации исследований космоса. Так, в 2019 году было осуществлено 102 запуска ракет, а к 2024 году общее число достигло 258, включая 17 запусков, выполненных Россией. Эксперты во всем мире внимательно анализируют последствия этой активности и пытаются спрогнозировать ее возможное воздействие на окружающую среду. Особое внимание уделяется влиянию запусков на состояние стратосферного озона.
Этот природный барьер имеет критическое значение, поскольку он поглощает вредное ультрафиолетовое излучение (УФ-Б), что уменьшает вероятность возникновения раковых заболеваний у людей и негативного воздействия на сельскохозяйственные культуры и морской фитопланктон. Он также влияет на температурную структуру стратосферы, что оказывает прямое воздействие на глобальные атмосферные процессы и климат.
Влияние ракетных запусков на состояние атмосферы зависит от типа применяемого топлива. При сгорании выделяются различные соединения, включая углекислый газ (CO₂), водяной пар (H₂O), оксид алюминия (Al₂O₃), сажа, хлор (Cl₂) и оксиды азота (NOₓ). Наибольшую опасность представляют соединения хлора и азота, поскольку они непосредственно воздействуют на защитный озоновый слой посредством химических реакций. Водяной пар также представляет угрозу, так как он способствует формированию агрессивных соединений, а частицы оксида алюминия выступают в роли катализатора, ускоряя эти реакции.
В состав международной группы исследователей, занимавшихся изучением данной проблемы, вошел Евгений Розанов — научный руководитель лаборатории исследования озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ, являющийся признанным мировым лидером в области моделирования атмосферных процессов. Евгений Владимирович Розанов, возглавляющий лабораторию исследований озонового слоя и верхней атмосферы Санкт-Петербургского государственного университета, — наиболее часто цитируемый российский климатолог и один из рецензентов авторитетного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC), за который эта организация была удостоена Нобелевской премии мира.
«Были разработаны и проанализированы два сценария развития событий к 2030 году: один предполагает умеренный рост числа запусков до 884 в год, другой – интенсивный, до 2040. По мнению Евгения Розанова, в случае интенсивного сценария глобальное среднее истончение озонового слоя может достигать 0,29%. Он подчеркнул, что это значимый показатель, так как в среднем для восстановления озонового слоя требуется от десяти лет и более.
Расчеты показывают, что наиболее заметное снижение общего количества озона (до 4%) вероятно в высоких широтах Южного полушария, в частности, над Новой Зеландией и Южной Америкой. В случае дальнейшего увеличения частоты пусков, это воздействие может затронуть и Северное полушарие, в том числе южные регионы России.
В настоящее время скорость космических пусков превышает ожидаемую по умеренным прогнозам. Исследователи проводят сравнения с периодом XX века, когда широкое применение фреонов в промышленности вызвало существенное истончение озонового слоя. Проблема была решена благодаря Монреальскому протоколу 1987 года, который объединил усилия мирового сообщества для постепенного отказа от вредных веществ. Сейчас эксперты выражают опасения, что ракетные запуски способны затормозить продолжающееся восстановление.
«Полностью исключить ракетные пуски не представляется возможным, так как развитие этой сферы и исследование космоса являются важными задачами для науки, общества и экономики государства. Тем не менее, уменьшить их негативное влияние можно, в первую очередь, сократив применение твердого топлива с высоким содержанием хлора. Кроме того, важным шагом может стать обсуждение данной проблемы на международном уровне с целью выработки единых правил, регулирующих ракетные запуски, — подчеркнул Евгений Розанов.
Сгорание спутников при повторном входе в атмосферу также оказывает негативное воздействие на состояние атмосферы. В процессе разрушения спутниковых корпусов образуются частицы оксида алюминия, концентрация которых может достигать 0,2−5 Гг/год. Этот объем сопоставим с естественным фоновым уровнем метеоритной пыли. Тем не менее, влияние этих веществ на озоновый слой требует дальнейшего изучения, поскольку моделирование процессов их распределения и химических превращений в верхних слоях атмосферы представляет собой сложную задачу.
В работе приняли участие ученые из международной группы, представляющие Новую Зеландию, США, Швейцарию, Испанию и Россию. Исследование проводилось с привлечением лаборатории исследований озонового слоя и верхней атмосферы СПбГУ, созданной в университете в рамках программы мегагрантов Министерства науки и высшего образования РФ. Лаборатория ориентирована на решение научных и образовательных задач, касающихся прогнозирования состояния озонового слоя под воздействием природных и антропогенных факторов, климатических изменений и явлений космической погоды, в диапазоне от одного месяца до 200 лет.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ