Science: स्टारलिंक जैसे उपग्रह हमारी ठीक हो रही ओजोन परत के लिए नया ख़तरा पैदा कर सकते हैं

Science: उदाहरण के लिए, हंगा टोंगा-हंगा हापाई विस्फोट के बाद, समताप मंडल में जल वाष्प तेज़ी से दक्षिणी गोलार्ध के चारों ओर मिल गया, और फिर ध्रुव की ओर बढ़ गया। पहले, इस अतिरिक्त पानी के कारण तीव्र सूर्यास्त हुए, लेकिन एक साल बाद, ये जल एरोसोल पूरे दक्षिणी गोलार्ध में अच्छी तरह से घुल गए और अब हम उन्हें नहीं देख पाते हैं। ब्रेवर-डॉबसन परिसंचरण नामक एक वैश्विक धारा भूमध्य रेखा के पास समताप मंडल में हवा को ऊपर ले जाती है और ध्रुवों पर वापस नीचे ले जाती है। नतीजतन, एरोसोल और गैसें अधिकतम छह वर्षों तक ही समताप मंडल में रह सकती हैं। (जलवायु परिवर्तन इस परिसंचरण को तेज़ कर रहा है, जिसका अर्थ है कि एरोसोल और गैसों के समताप मंडल में रहने का समय कम है।) 1991 में माउंट पिनातुबो के प्रसिद्ध विस्फोट ने भी सुंदर सूर्यास्त बनाए। इसने समताप मंडल में 15 मिलियन टन से अधिक सल्फर डाइऑक्साइड को इंजेक्ट किया, जिसने पृथ्वी की सतह को लगभग तीन वर्षों तक आधे डिग्री सेल्सियस से थोड़ा अधिक ठंडा कर दिया। यह घटना जलवायु परिवर्तन को धीमा करने के लिए जियोइंजीनियरिंग प्रस्तावों के लिए प्रेरणा है, जिसमें जानबूझकर सल्फेट एरोसोल को समताप मंडल में डाला जाता है।

कई सवाल बने हुए हैं- पिनाटुबो के 15 मिलियन टन की तुलना में, 360 टन एल्युमिनियम ऑक्साइड छोटी सी बात लगती है। हालांकि, हम नहीं जानते कि एल्युमिनियम ऑक्साइड समताप मंडल की स्थितियों में भौतिक रूप से कैसे व्यवहार करेगा। क्या यह एरोसोल को छोटा और अधिक परावर्तक बनाएगा - जिससे सतह ठंडी हो जाएगी, ठीक वैसे ही जैसे समताप मंडल के Aerosol injection geoengineering परिदृश्यों में होता है? हम यह भी नहीं जानते कि एल्युमिनियम रासायनिक रूप से कैसे व्यवहार करेगा। क्या यह बर्फ के नाभिक बनाएगा? यह नाइट्रिक और सल्फ्यूरिक एसिड के साथ कैसे प्रतिक्रिया करेगा? क्या यह वर्तमान समताप मंडल के एरोसोल की तुलना में बंद क्लोरीन को अधिक प्रभावी ढंग से छोड़ेगा, जिससे ओजोन का विनाश होगा? और निश्चित रूप से, एल्युमिनियम एरोसोल हमेशा के लिए समताप मंडल में नहीं रहेंगे। जब वे अंततः जमीन पर गिरेंगे, तो यह धातु संदूषण हमारे ध्रुवीय क्षेत्रों में क्या करेगा? इन सभी सवालों का समाधान किया जाना चाहिए। कुछ अनुमानों के अनुसार, अभी से लेकर 2030 के बीच 50,000 से ज़्यादा उपग्रह प्रक्षेपित किए जा सकते हैं, इसलिए हमें इन सवालों का जल्द से जल्द समाधान करना चाहिए। स्टारलिंक जैसी संचार कंपनियाँ अगले एक दशक में पृथ्वी की कक्षा में हज़ारों उपग्रहों को प्रक्षेपित करने की योजना बना रही हैं। बढ़ता हुआ झुंड पहले से ही खगोलविदों के लिए समस्याएँ पैदा कर रहा है, लेकिन हाल के शोध ने एक और सवाल उठाया है: जब वे नीचे आने लगेंगे तो क्या होगा?

जब ये उपग्रह अपने उपयोगी जीवन के अंत तक पहुँच जाएँगे, तो वे पृथ्वी के वायुमंडल में गिर जाएँगे और जल जाएँगे। रास्ते में, वे छोटे धातु कणों का एक निशान छोड़ जाएँगे। अमेरिकी शोधकर्ताओं की एक टीम द्वारा पिछले सप्ताह प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार, यह उपग्रह वर्षा हर साल वायुमंडल में 360 टन छोटे एल्यूमीनियम ऑक्साइड कणों को गिरा सकती है। एल्यूमीनियम ज़्यादातर 50 से 85 किलोमीटर की ऊँचाई पर इंजेक्ट किया जाएगा, लेकिन फिर यह समताप मंडल में चला जाएगा - जो पृथ्वी की सुरक्षात्मक ओजोन परत का घर है। इसका क्या मतलब है? अध्ययन के अनुसार, उपग्रह का कंट्रेल ओजोन को नष्ट करने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं को सुविधाजनक बना सकता है। यह गलत नहीं है, लेकिन जैसा कि हम देखेंगे कि कहानी सरल से बहुत दूर है। ओजोन कैसे नष्ट होता है? समताप मंडल में ओजोन की हानि "मुक्त कणों" - मुक्त इलेक्ट्रॉन वाले परमाणु या अणु के कारण होती है। जब कण बनते हैं, तो वे चक्र शुरू करते हैं जो कई ओजोन अणुओं को नष्ट कर देते हैं। (इन चक्रों के नाम डॉ. सीस की प्रशंसा करेंगे: NOx, HOx, ClOx और BrOx, क्योंकि सभी में क्रमशः ऑक्सीजन के साथ-साथ नाइट्रोजन, हाइड्रोजन, क्लोरीन और ब्रोमीन शामिल हैं।)

ये कण तब बनते हैं जब स्थिर गैसें पराबैंगनी प्रकाश द्वारा टूट जाती हैं, जो समताप मंडल में प्रचुर मात्रा में होता है। नाइट्रोजन ऑक्साइड (NOx) नाइट्रस ऑक्साइड से शुरू होते हैं। यह एक ग्रीनहाउस गैस है जो स्वाभाविक रूप से सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादित होती है, लेकिन मानव उर्वरक निर्माण और कृषि ने हवा में इसकी मात्रा बढ़ा दी है। HOx चक्र में जल वाष्प से हाइड्रोजन कण शामिल होते हैं। बहुत अधिक जल वाष्प समताप मंडल में नहीं पहुँच पाता है, हालाँकि 2022 में हुंगा टोंगा-हुंगा हापाई अंडरवाटर ज्वालामुखी विस्फोट जैसी घटनाएँ कभी-कभी बड़ी मात्रा में जल वाष्प को इंजेक्ट कर सकती हैं। समताप मंडल में पानी कई छोटे एरोसोल कण बनाता है, जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए एक बड़ा सतह क्षेत्र बनाते हैं और सुंदर सूर्यास्त बनाने के लिए अधिक प्रकाश भी बिखेरते हैं। (मैं इन दोनों बिंदुओं पर बाद में वापस आऊंगा।)

CFC ने 'ओजोन छिद्र' कैसे बनाया- ClOx और BrOx, ओजोन परत को सबसे प्रसिद्ध क्षति के लिए जिम्मेदार चक्र हैं: क्लोरोफ्लोरोकार्बन (CFC) और हैलोन के कारण होने वाला "ओजोन छिद्र"। ये रसायन, जो अब प्रतिबंधित हैं, आमतौर पर रेफ्रिजरेटर और अग्निशामक यंत्रों में उपयोग किए जाते थे और समताप मंडल में क्लोरीन और ब्रोमीन लाते थे। CFCs समताप मंडल में क्लोरीन रेडिकल्स को तेज़ी से छोड़ते हैं। हालाँकि, यह प्रतिक्रियाशील क्लोरीन जल्दी से बेअसर हो जाता है और नाइट्रोजन और पानी के रेडिकल्स वाले अणुओं में बंद हो जाता है। इसके बाद क्या होता है यह समताप मंडल में एरोसोल पर निर्भर करता है, और ध्रुवों के पास यह बादलों पर भी निर्भर करता है। एरोसोल रासायनिक प्रतिक्रियाओं को होने के लिए एक सतह प्रदान करके उन्हें तेज़ करते हैं। परिणामस्वरूप, समताप मंडल में एरोसोल प्रतिक्रियाशील क्लोरीन (और ब्रोमीन) छोड़ते हैं। ध्रुवीय समतापमंडलीय बादल हवा से पानी और नाइट्रोजन ऑक्साइड भी हटाते हैं। इसलिए सामान्य तौर पर, जब आस-पास अधिक समतापमंडलीय एरोसोल होते हैं, तो हमें अधिक ओज़ोन हानि देखने की संभावना होती है।

एक तेजी से धातुयुक्त समतापमंडल- गिरते उपग्रहों द्वारा aluminum oxide के विशिष्ट इंजेक्शन का विवरण काफी जटिल होगा। अंतरिक्ष में फिर से प्रवेश करने वाले कबाड़ से बढ़ते समतापमंडलीय प्रदूषण को उजागर करने वाला यह पहला अध्ययन नहीं है। 2023 में, समतापमंडल में एरोसोल कणों का अध्ययन करने वाले शोधकर्ताओं ने अंतरिक्ष यान के पुनः प्रवेश से धातुओं के निशान का पता लगाया। उन्होंने पाया कि 10 प्रतिशत समतापमंडलीय एरोसोल में पहले से ही एल्यूमीनियम होता है, और भविष्यवाणी की कि यह अगले 10-30 वर्षों में 50 प्रतिशत तक बढ़ जाएगा। (लगभग 50 प्रतिशत समतापमंडलीय एरोसोल कणों में पहले से ही उल्कापिंडों से धातुएँ होती हैं।) हमें नहीं पता कि इसका क्या प्रभाव होगा। एक संभावित परिणाम यह होगा कि एल्यूमीनियम कण बर्फ युक्त कणों के विकास को बढ़ावा देते हैं। इसका मतलब है कि अधिक सतह क्षेत्र वाले छोटे, ठंडे, परावर्तक कण अधिक होंगे जिन पर रसायन विज्ञान हो सकता है। हम यह भी नहीं जानते कि एल्युमीनियम के कण समताप मंडल में पाए जाने वाले सल्फ्यूरिक एसिड, नाइट्रिक एसिड और पानी के साथ कैसे संपर्क करेंगे। नतीजतन, हम वास्तव में यह नहीं कह सकते कि ओजोन हानि के लिए इसके क्या निहितार्थ होंगे।

ज्वालामुखियों से सीखना- वास्तव में यह समझने के लिए कि इन एल्युमीनियम ऑक्साइड का ओजोन हानि के लिए क्या मतलब है, हमें प्रयोगशाला अध्ययनों की आवश्यकता है, रसायन विज्ञान को और अधिक विस्तार से मॉडल करने के लिए, और यह भी देखने के लिए कि कण वायुमंडल में कैसे घूमते हैं। स्टारलिंक जैसी संचार कंपनियाँ अगले एक दशक में पृथ्वी की कक्षा में हज़ारों उपग्रहों को प्रक्षेपित करने की योजना बना रही हैं। बढ़ता हुआ झुंड पहले से ही खगोलविदों के लिए समस्याएँ पैदा कर रहा है, लेकिन हाल के शोध ने एक और सवाल उठाया है: जब वे नीचे आने लगेंगे तो क्या होगा? जब ये उपग्रह अपने उपयोगी जीवन के अंत तक पहुँच जाएँगे, तो वे पृथ्वी के वायुमंडल में गिर जाएँगे और जल जाएँगे। रास्ते में, वे छोटे धातु कणों का एक निशान छोड़ जाएँगे। अमेरिकी शोधकर्ताओं की एक टीम द्वारा पिछले सप्ताह प्रकाशित एक अध्ययन के अनुसार, यह उपग्रह वर्षा हर साल वायुमंडल में 360 टन छोटे एल्यूमीनियम ऑक्साइड कणों को गिरा सकती है। एल्यूमीनियम ज़्यादातर 50 से 85 किलोमीटर की ऊँचाई पर इंजेक्ट किया जाएगा, लेकिन फिर यह समताप मंडल में चला जाएगा - जो पृथ्वी की सुरक्षात्मक ओजोन परत का घर है। इसका क्या मतलब है? अध्ययन के अनुसार, उपग्रह का कंट्रेल ओजोन को नष्ट करने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं को सुविधाजनक बना सकता है। यह गलत नहीं है, लेकिन जैसा कि हम देखेंगे कि कहानी सरल से बहुत दूर है।

ओजोन कैसे नष्ट होता है? समताप मंडल में ओजोन की हानि "मुक्त कणों" - मुक्त इलेक्ट्रॉन वाले परमाणु या अणु के कारण होती है। जब कण बनते हैं, तो वे चक्र शुरू करते हैं जो कई ओजोन अणुओं को नष्ट कर देते हैं। (इन चक्रों के नाम डॉ. सीस की प्रशंसा करेंगे: NOx, HOx, ClOx और BrOx, क्योंकि सभी में क्रमशः ऑक्सीजन के साथ-साथ नाइट्रोजन, हाइड्रोजन, क्लोरीन और ब्रोमीन शामिल हैं।)ये कण तब बनते हैं जब स्थिर गैसें पराबैंगनी प्रकाश द्वारा टूट जाती हैं, जो समताप मंडल में प्रचुर मात्रा में होता है। नाइट्रोजन ऑक्साइड (NOx) नाइट्रस ऑक्साइड से शुरू होते हैं। यह एक ग्रीनहाउस गैस है जो स्वाभाविक रूप से सूक्ष्मजीवों द्वारा उत्पादित होती है, लेकिन मानव उर्वरक निर्माण और कृषि ने हवा में इसकी मात्रा बढ़ा दी है। HOx चक्र में जल वाष्प से हाइड्रोजन कण शामिल होते हैं। बहुत अधिक जल वाष्प समताप मंडल में नहीं पहुँच पाता है, हालाँकि 2022 में हुंगा टोंगा-हुंगा हापाई अंडरवाटर ज्वालामुखी विस्फोट जैसी घटनाएँ कभी-कभी बड़ी मात्रा में जल वाष्प को इंजेक्ट कर सकती हैं। समताप मंडल में पानी कई छोटे एरोसोल कण बनाता है, जो रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए एक बड़ा सतह क्षेत्र बनाते हैं और सुंदर सूर्यास्त बनाने के लिए अधिक प्रकाश भी बिखेरते हैं। (मैं इन दोनों बिंदुओं पर बाद में वापस आऊंगा।)

CFC ने 'ओजोन छिद्र' कैसे बनाया- ClOx और BrOx, ओजोन परत को सबसे प्रसिद्ध क्षति के लिए जिम्मेदार चक्र हैं: क्लोरोफ्लोरोकार्बन (CFC) और हैलोन के कारण होने वाला "ओजोन छिद्र"। ये रसायन, जो अब प्रतिबंधित हैं, आमतौर पर रेफ्रिजरेटर और अग्निशामक यंत्रों में उपयोग किए जाते थे और समताप मंडल में क्लोरीन और ब्रोमीन लाते थे। CFCs समताप मंडल में क्लोरीन रेडिकल्स को तेज़ी से छोड़ते हैं। हालाँकि, यह प्रतिक्रियाशील क्लोरीन जल्दी से बेअसर हो जाता है और नाइट्रोजन और पानी के रेडिकल्स वाले अणुओं में बंद हो जाता है। इसके बाद क्या होता है यह समताप मंडल में एरोसोल पर निर्भर करता है, और ध्रुवों के पास यह बादलों पर भी निर्भर करता है। एरोसोल रासायनिक प्रतिक्रियाओं को होने के लिए एक सतह प्रदान करके उन्हें तेज़ करते हैं। परिणामस्वरूप, समताप मंडल में एरोसोल प्रतिक्रियाशील क्लोरीन (और ब्रोमीन) छोड़ते हैं। ध्रुवीय समतापमंडलीय बादल हवा से पानी और नाइट्रोजन ऑक्साइड भी हटाते हैं। इसलिए सामान्य तौर पर, जब आस-पास अधिक समतापमंडलीय एरोसोल होते हैं, तो हमें अधिक ओज़ोन हानि देखने की संभावना होती है।

एक तेजी से धातुयुक्त समतापमंडल- गिरते उपग्रहों द्वारा एल्यूमीनियम ऑक्साइड के विशिष्ट इंजेक्शन का विवरण काफी जटिल होगा। अंतरिक्ष में फिर से प्रवेश करने वाले कबाड़ से बढ़ते समतापमंडलीय प्रदूषण को उजागर करने वाला यह पहला अध्ययन नहीं है। 2023 में, समतापमंडल में एरोसोल कणों का अध्ययन करने वाले शोधकर्ताओं ने अंतरिक्ष यान के पुनः प्रवेश से धातुओं के निशान का पता लगाया। उन्होंने पाया कि 10 प्रतिशत समतापमंडलीय एरोसोल में पहले से ही एल्यूमीनियम होता है, और भविष्यवाणी की कि यह अगले 10-30 वर्षों में 50 प्रतिशत तक बढ़ जाएगा। (लगभग 50 प्रतिशत समतापमंडलीय एरोसोल कणों में पहले से ही उल्कापिंडों से धातुएँ होती हैं।) हमें नहीं पता कि इसका क्या प्रभाव होगा। एक संभावित परिणाम यह होगा कि एल्यूमीनियम कण बर्फ युक्त कणों के विकास को बढ़ावा देते हैं। इसका मतलब है कि अधिक सतह क्षेत्र वाले छोटे, ठंडे, परावर्तक कण अधिक होंगे जिन पर रसायन विज्ञान हो सकता है। हम यह भी नहीं जानते कि एल्युमीनियम के कण समताप मंडल में पाए जाने वाले सल्फ्यूरिक एसिड, नाइट्रिक एसिड और पानी के साथ कैसे संपर्क करेंगे। नतीजतन, हम वास्तव में यह नहीं कह सकते कि ओजोन हानि के लिए इसके क्या निहितार्थ होंगे।

Volcanoes से सीखना- वास्तव में यह समझने के लिए कि इन एल्युमीनियम ऑक्साइड का ओजोन हानि के लिए क्या मतलब है, हमें प्रयोगशाला अध्ययनों की आवश्यकता है, रसायन विज्ञान को और अधिक विस्तार से मॉडल करने के लिए, और यह भी देखने के लिए कि कण वायुमंडल में कैसे घूमते हैं। उदाहरण के लिए, हंगा टोंगा-हंगा हापाई विस्फोट के बाद, समताप मंडल में जल वाष्प तेज़ी से दक्षिणी गोलार्ध के चारों ओर मिल गया, और फिर ध्रुव की ओर बढ़ गया। पहले, इस अतिरिक्त पानी के कारण तीव्र सूर्यास्त हुए, लेकिन एक साल बाद, ये जल एरोसोल पूरे दक्षिणी गोलार्ध में अच्छी तरह से घुल गए और अब हम उन्हें नहीं देख पाते हैं। ब्रेवर-डॉबसन परिसंचरण नामक एक वैश्विक धारा भूमध्य रेखा के पास समताप मंडल में हवा को ऊपर ले जाती है और ध्रुवों पर वापस नीचे ले जाती है। नतीजतन, एरोसोल और गैसें अधिकतम छह वर्षों तक ही समताप मंडल में रह सकती हैं। (जलवायु परिवर्तन इस परिसंचरण को तेज़ कर रहा है, जिसका अर्थ है कि एरोसोल और गैसों के समताप मंडल में रहने का समय कम है।) 1991 में माउंट पिनातुबो के प्रसिद्ध विस्फोट ने भी सुंदर सूर्यास्त बनाए। इसने समताप मंडल में 15 मिलियन टन से अधिक सल्फर डाइऑक्साइड को इंजेक्ट किया, जिसने पृथ्वी की सतह को लगभग तीन वर्षों तक आधे डिग्री सेल्सियस से थोड़ा अधिक ठंडा कर दिया। यह घटना जलवायु परिवर्तन को धीमा करने के लिए जियोइंजीनियरिंग प्रस्तावों के लिए प्रेरणा है, जिसमें जानबूझकर सल्फेट एरोसोल को समताप मंडल में डाला जाता है।

कई सवाल बने हुए हैं- पिनाटुबो के 15 मिलियन टन की तुलना में, 360 टन एल्युमिनियम ऑक्साइड छोटी सी बात लगती है।हालांकि, हम नहीं जानते कि Aluminum Oxide समताप मंडल की स्थितियों में भौतिक रूप से कैसे व्यवहार करेगा। क्या यह एरोसोल को छोटा और अधिक परावर्तक बनाएगा - जिससे सतह ठंडी हो जाएगी, ठीक वैसे ही जैसे समताप मंडल के एरोसोल इंजेक्शन जियोइंजीनियरिंग परिदृश्यों में होता है? हम यह भी नहीं जानते कि एल्युमिनियम रासायनिक रूप से कैसे व्यवहार करेगा। क्या यह बर्फ के नाभिक बनाएगा? यह नाइट्रिक और सल्फ्यूरिक एसिड के साथ कैसे प्रतिक्रिया करेगा? क्या यह वर्तमान समताप मंडल के एरोसोल की तुलना में बंद क्लोरीन को अधिक प्रभावी ढंग से छोड़ेगा, जिससे ओजोन का विनाश होगा? और निश्चित रूप से, एल्युमिनियम एरोसोल हमेशा के लिए समताप मंडल में नहीं रहेंगे। जब वे अंततः जमीन पर गिरेंगे, तो यह धातु संदूषण हमारे ध्रुवीय क्षेत्रों में क्या करेगा? इन सभी सवालों का समाधान किया जाना चाहिए। कुछ अनुमानों के अनुसार, अभी से लेकर 2030 के बीच 50,000 से ज़्यादा उपग्रह प्रक्षेपित किए जा सकते हैं, इसलिए हमें इन सवालों का जल्द से जल्द समाधान करना चाहिए।

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