Oczyszczanie powietrza polarnego z kosmicznego pyłu

Układ Słoneczny jest wypełniony pyłem. Kiedy komety krążą po orbitach i przybliżają się do Słońca, wyparowują, pozostawiając po sobie smugę kosmicznego pyłu. Cząstki pyłu wpadają w atmosferę Ziemi z bardzo dużą prędkością – rzędu mniej więcej od 40 000 do 260 000 kilometrów na godzinę – gdzie zderzają się z cząsteczkami powietrza. Zderzenie powoduje błyskawiczne ogrzanie, a następnie stopienie i wyparowanie cząsteczek.

„Czasami pył jest widzialny w postaci meteorów i wówczas są to cząsteczki pyłu większe niż 2 mm” – informuje kierownik projektu CODITA, John Plane. „Jednak większa część masy pyłowej przedostającej się do atmosfery jest tak mała, że można ją obserwować wyłącznie za pomocą specjalistycznych radarów do wykrywania meteorów”. Ponadto, jak zauważa Plane, chociaż wiemy, że pył gdzieś tam jest, niewiele oznak wskazuje, ile się go przedostaje do atmosfery Ziemi – a szacowany zakres waha się od 3 do 300 ton dziennie – i jaki wywiera wpływ.

Oczyszczanie powietrza

Partnerzy projektu CODITA poszukują odpowiedzi na te pytania. Aby je znaleźć, naukowcy uruchomili dwa udane systemy doświadczalne do analizowania chemii cząsteczek metalicznych i jonów pozostających po odparowujących meteorach. Według relacji Plane’a, pierwszy system wykrywa cząsteczki metaliczne za pomocą reaktora przepływowego sprzężonego ze spektrometrem masowym czasu przelotu. System wykorzystuje promieniowanie lasera impulsowego w celu łagodnego zjonizowania cząsteczek metalicznych. „Po raz pierwszy udało nam się przestudiować reakcje takich cząsteczek metalicznych, jak metal-tlenki i wodorotlenki, które były niewykrywalne za pomocą innych metod” – zauważył Plane.

W drugim doświadczeniu również został wykorzystany reaktor przepływowy, ale tym razem plazmowy, sprzężony ze spektrometrem masowym kwadrupolowym. „Ten system umożliwia nam analizowanie rekombinacji dysocjacyjnej jonów zawierających metale, co stanowi główną ścieżkę neutralizacji jonów występujących w górnych warstwach atmosfery” – dodaje Plane.

Kosz na pył kosmiczny

Doświadczenia – w połączeniu z astronomicznym modelem ewolucji pyłu w Układzie Słonecznym i pomiarami wysoko sprawnych radarów – pokazują, że około 40 ton pyłu kosmicznego wchodzi codziennie w atmosferę Ziemi.

No dobrze, ale co w związku z tym? Nasza atmosfera może rzeczywiście potrzebowałaby solidnego odkurzenia, ale co by to miało dać? Zdaniem partnerów CODITA całkiem niemało: „Metale wprowadzane do atmosfery, które pochodzą z parujących cząstek pyłu, są bezpośrednią i pośrednią przyczyną całego szeregu zjawisk” – stwierdza Plane.

Na przykład metale kondensują do proszku miałkiego, określanego mianem dymu meteorytowego, który ma swój udział w tworzeniu się obłoków srebrzystych. Te chmury lodowe pojawiają się w regionach polarnych na wysokości 82 km w czasie miesięcy letnich. „Chmury po raz pierwszy pojawiły się w 1886 r., a ich coraz częstsze występowanie wydaje się być oznaką zmiany klimatu w pośrednich warstwach atmosfery, gdzie następuje wzrost stężenia pary wodnej i spadek temperatury z powodu podwyższonego stężenia gazów cieplarnianych – odwrotność niższych warstw atmosfery” – zauważa Plane. „Dym meteorytowy oddziałuje także na polarne chmury stratosferyczne, które powodują zubożenie warstwy ozonowej, a odkładanie się kosmicznego żelaza w Oceanie Południowym dostarcza składników odżywczych o zasadniczym znaczeniu dla planktonu pochłaniającego dwutlenek węgla z atmosfery”.

Prace podjęte w ramach projektu CODITA umożliwiły modelowanie skutków oddziaływania pyłu kosmicznego w oparciu o spójne podstawy, od zewnętrznego Układu Słonecznego po powierzchnię Ziemi. Jednak zakres projektu nie ogranicza się do Ziemi. Aby lepiej zrozumieć skutki oddziaływania pyłu kosmicznego na atmosferę naszej planety, partnerzy projektu analizują także wpływ dymu meteorytowego na inne ciała Układu Słonecznego, między innymi chemię wysokich temperatur na Wenus, formowanie się obłoków srebrzystych na Marsie i wytwarzanie benzenu na Tytanie.

Więcej informacji:
witryna projektu