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Pesquisadores do Departamento de Engenharia Astronáutica da University of Southern California (USC) estudaram o efeito das megaconstelações dos satélites durante o retorno à atmosfera.

O estudo, publicado no dia 11, alerta que o enorme aumento de satélites da Starlink na baixa órbita da Terra pode causar reações químicas prejudiciais à atmosfera.

6 mil satélites da Starlink

Atualmente, há mais de oito mil satélites de internet de baixa órbita, sendo seis mil da Starlink. Todos esses satélites da Starlink possuem bastante alumínio e foram desenvolvidos para durar pouco tempo,

De acordo com o estudo, o problema ocorre quando esses satélites voltam à atmosfera da Terra, produzindo óxido de alumínio resultante da queima. Desse modo, os satélites da Starlink, durante o retorno, causam uma reação química “altamente destrutiva�?para a camada de ozônio.

Os efeitos dos óxidos duram décadas conforme as partículas descem pela atmosfera, piorando ainda mais o efeito.

O estudo constatou que, entre 2016 e 2022, houve um aumento de oito vezes da presença desses óxidos na camada de ozônio, o que pode aumentar ainda mais com os planos da Starlink.

A SpaceX planeja ter 42 mil satélites da Starlink na baixa órbita. Outras empresas, como a Amazon, também querem lançar mais satélites, segundo o estudo.

Em 2022, 18,7 toneladas de nanopartículas de óxido de alumínio foram lançadas na atmosfera por satélites com defeito. Com os planos da Starlink, o estudo afirma que esse número pode subir para 397 toneladas por ano. Isso gera uma “destruição significativa da camada de ozônio�?

Segundo o estudo, conforme mais satélites retornam, é crucial entender os problemas ambientais que isso acarreta.

“Este estudo usou simulação de dinâmica molecular em escala atômica para quantificar a quantidade de óxido de alumínio gerado para a reentrada de um modelo de satélite. E, então, usou o número de satélites de reentrada planejados para megaconstelações de satélites para prever a quantidade de óxido de alumínio que será gerada no futuro”, disse Joseph Wang, professor de Astronáutica e Engenharia Aeroespacial e Mecânica da USC e autor do estudo ao portal Space.com.

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O ozônio é essencial para a vida na Terra. Ele é capaz de filtrar a perigosa radiação ultravioleta do tipo B (UV-B) do Sol e de outras estrelas, nociva aos seres vivos. Por isso, a descoberta mostra o quão frágil é a proteção do nosso planeta e como uma explosão dessas pode afetar a vida no planeta.

Para estudar os efeitos da explosão de raios gama do ano passado na Terra, os cientistas procuraram sinais dos impactos da explosão no topo da ionosfera, a camada da alta atmosfera, a partir de dados de um satélite sismo-eletromagnético chinês.

Com isso, eles identificaram um salto no campo elétrico no topo da ionosfera há cerca de um ano. Isso é algo que se relaciona com o sinal de uma explosão de raios gama medido pelo Laboratório Internacional de Astrofísica da ESA (Agência Espacial Europeia).

Perigo invisível para a camada de ozônio

Após analisar os dados, os pesquisadores fizeram uma descoberta interessante. O campo elétrico aumentou à medida que os raios gama ionizaram as moléculas de ozônio e nitrogênio no alto da atmosfera. Uma vez ionizada, a camada de ozônio é incapaz de absorver qualquer radiação ultravioleta. Ou seja, a supernova conseguiu expor temporariamente a Terra a raios nocivos do Sol, além de outras fontes de radiação cósmica.

Apesar de teorizado antes, esta é a primeira vez que os cientistas provam que explosões cósmicas podem afetar a ionosfera. De acordo com o astrônomo do Instituto Nacional de Astrofísica de Roma e um dos autores do artigo, Pietro Ubertini, se a supernova tivesse acontecido mais perto da Terra, poderia ter causado um evento catastrófico.

Uma violenta e próxima explosão de raios gama poderia ser capaz de destruir a camada de ozônio estratosférico durante vários anos. Isso poderia causar, por exemplo, a extinção generalizada de múltiplas espécies de animais e plantas �?para não mencionar os danos que poderia causar para a humanidade como um todo.

“Felizmente para nós, esta explosão de raios gama estava extremamente distante. Tornando os seus efeitos mais uma curiosidade científica do que uma ameaça�? disse Ubertini ao New York Times.

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Segundo medições do satélite Copernicus Sentinel, o buraco atingiu um tamanho de 26 milhões de km quadrados em setembro deste ano.

É importante lembrar que o tamanho do buraco na camada de ozônio varia regularmente. Normalmente, de agosto a outubro, o buraco na camada de ozono aumenta de tamanho �?atingindo um máximo entre meados de setembro e meados de outubro.

Já quando as temperaturas elevadas na estratosfera começam a subir no hemisfério sul, a destruição do ozono abranda. No final de dezembro, os níveis de ozono voltam ao normal e o buraco normalmente tende a se fechar.

Medições de satélite mostram o buraco na camada de ozônio sobre a Antártida. Imagem: Copernicus Sentinel/Reprodução

O que destrói a camada de ozônio?

Segundo a ONG World Wide Fund for Nature (WWF), desde que o buraco na camada de ozônio foi descoberto, em 1977, os registros acumulados mostram que a camada de ozônio está se tornando mais fina em diversas partes do mundo — principalmente nas regiões do Polo Sul e, recentemente, do Polo Norte.

A causa está relacionada à emissão de substâncias fabricadas pelo homem que reagem com o ozônio e o destroem. Além disso, muitos dessas emissões também contribuem para o aquecimento global.

Quais os problemas causados pelos raios ultravioleta?

Apesar de a camada de ozônio absorver a maior parte da radiação ultravioleta, uma pequena porção atinge a superfície da Terra. E é justamente essa radiação que acaba provocando o câncer de pele.

O Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (Pnuma) calcula que cada 1% de perda da camada de ozônio cause 50 mil novos casos de câncer de pele e 100 mil novos casos de cegueira, causados por catarata, em todo o mundo.

Além disso, a radiação ultravioleta afeta também o sistema imunológico, minando a resistência humana a doenças como herpes. E os seres humanos não são os únicos atingidos pelos raios ultravioleta.

Todos as formas de vida, inclusive plantas, podem ser debilitadas. Acredita-se que níveis mais altos da radiação podem diminuir a produção agrícola, o que reduziria a oferta de alimentos. A vida marinha também está seriamente ameaçada, especialmente o plâncton (plantas e animais microscópicos) que vive na superfície do mar.

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O vulcão expeliu dez quilômetros cúbicos de rocha, cinzas e sedimentos. Sua pluma subiu até 58 quilômetros de altura – tão alto que até astronautas em órbita a bordo da Estação Espacial Internacional conseguiram enxergar.

A erupção também desencadeou um megatsunami com ondas de até 45 metros de altura e provocou a tempestade de raios mais intensa já vista. Foram cerca de 200 mil raios iluminando a fumaça da explosão por aproximadamente 11 horas. 

Na época, especialistas já previam que a erupção do Hunga Tonga impactaria o clima na Terra nos anos seguintes. Aparentemente eles estavam certos. 

Agora, pesquisadores sugerem que a explosão pode ser o motivo pelo aumento do buraco na camada de ozônio em cima da Antártica, que se abriu excepcionalmente cedo neste ano.

O buraco na camada de ozônio

Novos dados divulgados pelo Copernicus mostram que a extensão do buraco na camada de ozônio em agosto de 2023 é o décimo maior registrado desde o início das medições científicas, 43 anos atrás.

Atualmente, o buraco tem mais de 16 milhões de quilômetros quadrados.

Animação que mostra o início precoce do buraco na camada de ozônio na Antártica em julho de 2023 e seu rápido progresso ao longo de agosto. (Imagem: Copernicus)

As concentrações de ozônio acima da Antártica já estavam extremamente baixas no início de julho e, segundo especialistas, continuará a crescer até o final de setembro. Isso porque a Antártica começa a se aquecer durante o período da primavera. 

Dessa forma, o buraco levará pelo menos até o final de novembro para se fechar, mas pode sobreviver por muito mais tempo.

Por que isso pode ter acontecido

Estima-se que a erupção do Hunga Tonga injetou 50 milhões de toneladas de vapor d’água na atmosfera da Terra. Na estratosfera, que é a parte da atmosfera onde está a camada de ozônio, as concentrações de vapor d’água aumentaram em 10%.

Isso resulta em um resfriamento significativo da estratosfera, o que leva à formação de nuvens polares. Elas, por sua vez, proporcionam o ambiente químico adequado para substâncias que destroem o ozônio, como os clorofluorocarbonetos e os hidrofluorocarbonetos.

Os CFCs foram proibidos pelo Protocolo de Montreal de 1987 e HFCs estão sendo restringidos pela Emenda de Kigali. No entanto, sua decomposição natural leva décadas e suas concentrações na atmosfera ainda são altas.

Agora, pesquisadores pretendem ter mais informações com as medições da camada de ozônio nos próximos meses. Em geral, as consequências da erupção de Hunga Tonga são um território completamente novo para os cientistas.

Mudanças climáticas potencializam a destruição da camada de ozônio

Outros fatores estão em jogo quando se trata da diminuição incomum da camada de ozônio. Pesquisadores acreditam que as mudanças climáticas em curso podem estar contribuindo com o fenômeno. 

Isso porque, ainda que as temperaturas na superfície da Terra estejam aumentando, na estratosfera elas estão diminuindo. E isso significa mais destruição de ozônio.

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Uma delas foi a quantidade de água deixada na estratosfera �?a segunda camada mais baixa da atmosfera terrestre. A camada de ozônio, responsável por proteger o planeta da radiação ultravioleta nociva, está nessa posição. 

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Segundo cientistas da NASA, o aumento da quantidade de H2O deixada na região foi superior a 10%, o que pode afetar o tamanho do buraco na camada de ozônio dentro dos próximos anos. 

A explicação é simples: quanto mais fria e maior a quantidade de água na estratosfera, maior a chance de formação de nuvens estratosféricas polares �?nuvens finas que flutuam entre 15 e 25 quilômetros acima da Terra. Essas nuvens, que se formam durante o inverno, fornecem o ambiente químico ideal para as substâncias à base de cloro que destroem o ozônio.

Tais substâncias foram proibidas na década de 1980, mas seus resquícios permanecem no ambiente. Por enquanto, não foram encontradas evidências de que o vulcão em Tonga tenha afetado a camada de ozônio, mas isso pode ocorrer em breve, aumentando o buraco no céu sobre a região Antártica.

De toda forma, essa não parece ser uma grande preocupação dos cientistas neste momento. Um relatório da ONU divulgado em janeiro deste ano sugere que a camada de ozônio deverá se recuperar totalmente até meados de 2060. 

A melhora é resultado do Protocolo de Montreal, assinado em 1987, que proibiu o uso de quase 100 produtos químicos sintéticos ligados à destruição da camada de ozônio. Sendo assim, os efeitos do vulcão em Tonga poderão ser neutralizados.

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A festa acabou em 2005 e o satélite foi aposentado. Desde então, ele ficou vagando no espaço como lixo espacial. No último domingo (8), o ERBS reentrou na Terra e caiu sobre o Mar de Bering. 

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A maior parte do satélite da NASA queimou durante sua passagem pela atmosfera. O risco de alguma peça do orbitador de 2.450 kg atingir pessoas havia sido calculado pela NASA, mas era extremamente baixo �?apenas uma chance em 9.400. 

O ERBS teve grande contribuição para a ciência durante o tempo em que se manteve operante. Entre seus equipamentos estava, por exemplo, o Stratospheric Aerosol and Gas Experiment II (SAGE II), que foi crucial para confirmar a existência do buraco na camada de ozônio e a participação humana no problema. 

Seus dados ajudaram a moldar o Protocolo de Montreal, um acordo internacional de 1987 que restringiu o uso de clorofluorcarbonos (CFCs). O resultado foi positivo: segundo um relatório da ONU divulgado nesta semana, o buraco na camada de ozônio deve se recuperar completamente dentro dos próximos 40 anos graças ao esforço. 

ERBS estava há 18 anos inoperante no espaço. Isso não poderá ocorrer com satélites futuros, já que a Comissão Federal de Comunicações dos EUA adotou novas regras em 2022 que exigem a retirada dos objetos de órbita dentro de cinco anos após a conclusão de suas missões. A medida visa reduzir o lixo espacial, que pode atrapalhar outras explorações.

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Em 1987, foi assinado o Protocolo de Montreal, que proibia o uso de quase 100 produtos químicos sintéticos ligados à destruição da camada de ozônio. Felizmente, o acordo global foi cumprido e está trazendo resultados satisfatórios.

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Good news from #AMS2023: The ozone layer is on track to recover within four decades.

Press release //t.co/htPbNDJ9VU

Executive summary //t.co/yO6o2dVOd3

Partners @UNEP, @NOAA, @NASA, @EU_Commission pic.twitter.com/03FY2TQHPo

— World Meteorological Organization (@WMO) January 9, 2023

Segundo a ONU, se as políticas atuais permanecerem em vigor, a camada de ozônio poderá recuperar os valores de 1980 até 2040. A barreira pode demorar um pouco mais para se recompor em alguns locais do globo, como a Antártica e o Ártico. Nestes pontos, a melhora é esperada por volta de 2066 e até 2045, respectivamente.

Não são apenas os problemas relacionados à camada de ozônio que estão sendo solucionados pelas políticas públicas. Em 2016, foi adicionado ao Protocolo de Montreal a Emenda de Kigali. Esse reforço exigiu a diminuição da produção e consumo de hidrofluorcarbonetos (HFCs), presentes em equipamentos de refrigeração e ar condicionado. 

Os hidrofluorcarbonetos não afetam a camada de ozônio diretamente, mas são considerados gases do efeito estufa muito potentes, já que se acumulam na atmosfera e contribuem para o aquecimento global. O relatório da ONU estima que a Emenda de Kigali evitará entre 0,3 e 0,5ºC de aquecimento até o final deste século.

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A liberação de óxidos nítricos e nitrosos expelidos por veículos, o CO2 produzido pela queima de combustíveis fósseis ou mesmo CFCs (clorofluorcarbonos) podem destruir essa proteção, colocando a Terra em risco. 

Mas a ameaça não vem apenas da superfície. Partículas de plasma expelidas pelo Sol, como íons e elétrons, acabam reagindo com a atmosfera terrestre e produzindo óxidos de nitrogênio e hidrogênio, que contribuem para a degradação da camada de ozônio. 

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Os pesquisadores não sabiam, até então, a melhor forma de observar essas interações e entender o tamanho do impacto. Agora, uma equipe formada por cientistas do Japão, EUA e Canadá pode ter encontrado a resposta. 

A interação entre as partículas e a atmosfera causa também as chamadas auroras �?os famosos brilhos que tomam o céu noturno. As auroras isoladas de prótons, especificamente, ocorrem mais distantes do polo da Terra e parecem ser ideais para rastrear os danos do Sol à camada de ozônio.

Após analisar uma aurora de prótons, os cientistas notaram que dentro dos primeiros 90 minutos após sua formação, as concentrações de ozônio na mesosfera caíram entre 10 e 60% �?mais do que o previsto em simulações. O estudo completo foi publicado na revista Scientific Reports.

Pela primeira vez, os dados revelaram a formação de um buraco localizado na mesosfera de aproximadamente 400 km de largura. Mas não é necessário alarde: os níveis voltam ao normal naturalmente e não representam problemas a longo prazo para a estratosfera. O importante é que agora os cientistas podem acompanhar a evolução do fenômeno e identificar qualquer problema futuro.

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