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原文链接：https://www.universetoday.com/articles/were-putting-lots-of-transition-metals-into-the-stratosphere-thats-not-good

编译：齐岳

校对：牧夫天文校对组

后期：王启儒

责任编辑：王启儒

儒勒·凡尔纳号航天器再入大气层时解体的景象。

图片来源：NASA/ESA/Bill Moede and Jesse Carpenter

1985年5月16日，三位英国的科学家将自己的观测发现和结论发表在《自然》杂志，文章清晰地表明南极洲上空的大气臭氧层出现了一个空洞。

时间来到1986年，美国科学家发表的一篇论文证实并确认氯氟烃是南极洲臭氧层破坏的直接原因。1987年，197个国家和欧盟签署了世界上第一个全球环境条约——《蒙特利尔议定书》，共同逐步淘汰了氯氟烃。《条约》让我们成功堵上了臭氧层空洞。然而，我们也许正在无意间制造另一场潜在的大气层灾难。布伦瑞克工业大学的研究团队指出，人造卫星在大气层中焚毁时释放的物质，尤其是过渡金属（元素周期表中d区的一系列金属元素），可能会对大气化学产生无法预料的影响。

实际上，火箭残骸和退役的人造卫星总质量也不过是每年撞击地球的流星质量的7%。但是，由于航天器主要由金属做成，而流星主要是硅酸盐，所以我们经由航天器注入大气的金属量占自然原因的16%。

这听起来也许并不多，但对于其中一些元素，其贡献量可是高得惊人。2015年，有18种大气中的元素的主要来源是人类活动所产生的。2024年，这个数字一跃至24种。在未来的几十年中甚至可能增加到30种，而我们将是这些元素丰度上涨的主要原因。

过渡金属元素在元素周期表中的位置

其中的一些元素在地球上相对常见，例如锂和锡，它们不会对大气产生什么重大影响。然而，另一些是所谓的“过渡金属”，它们具有催化活性。这些元素在大气中的累积会催化某些反应，进而对大气化学产生毁灭性的影响。这些元素包括在几种建造航天器所需的基本材料中，比如铜（铜接线和PCB走线）以及钛（结构支撑部件）。

根据该论文的计算，这些元素的注入量在过去十年中翻了一倍多，主要是由于星链（Starlink）和柯伊伯（Kuiper）这样的巨型卫星星座的出现。这种巨型星座的人造卫星被有意设计成在工作几年后就坠入大气层烧毁自身。虽然这或许能解决废弃的太空垃圾可能变成危险子弹的问题（即凯斯勒现象），但是也同时造成了扰乱大气化学的潜在问题。

团队成员在文中估计，这些他们称之为“太空垃圾”的物质会以三种不同的方式影响环境。首先是通过催化会破坏臭氧的反应来直接造成影响——就如同70和80年代的氯氟烃那样。第二，是作为云形成的“种子”，潜在地改变大气中某些地方云的形成过程，进而显著影响云层下方的天气。第三个风险是大气中颗粒物的辐射效应。它们可以反射或捕获太阳的热量，以难以察觉的方式冷却或加热大气。事实上，其原理就是地理工程学中被提出用于解决气候变化的可能解决方案之一。

太空垃圾概念图

较为悲观的是，文中还讨论了处理太空垃圾的不同选择，但几乎所有情况都会加剧过渡金属的问题。

事实是，我们还未很好地理解这些元素对大气到底有什么样的影响。没有人研究过钛如何通过催化来耗尽臭氧，也没人研究过漂浮在平流层的锂如何反射阳光。正如论文的作者们指出的那样——如果我们打算长期使用巨型卫星星座，就必须研究可能带来的影响，特别是在这些卫星单个部件的寿命只有五年的情况下。研究人员能否获得相关的资助尚待观望，但鉴于我们已目睹其他化学物质引发类似问题，或许这次我们应当未雨绸缪。

——The End——

『天文湿刻』 牧夫出品

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Image Credit: Anthony Sullivan

牧夫

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