Страница 57 из 94
Рис. 5.3. Как ХФУ разрушают стратосферный озон
Молекулы ХФУ в верхних слоях атмосферы расщепляются под воздействием ультрафиолета, высвобождая свободные атомы хлора (Сl). Эти атомы вступают в реакцию с озоном (O3), образуя монооксид хлора (СlO). Затем молекула СlO реагирует с атомарным кислородом, высвобождая атом хлора, который может снова вступить в реакцию с другой молекулой озона, и т. д. Цикл реакций повторяется снова и снова, существенно уменьшая концентрацию озона в атмосфере.
скольку его отфильтровывают озон и кислород. Такое излучение расщепляет молекулу ХФУ, высвобождая свободные атомы хлора.
Вот здесь-то и начинаются проблемы. Радикал хлора (Сl) может вступить в реакцию с молекулой озона, образуя кислород и моноксид хлора (СlO). Затем молекула СlO реагирует с атомарным кислородом (О), образуя молекулярный кислород O2 и снова высвобождая атом хлора. Атом хлора может превратить в кислород еще одну молекулу озона, затем снова высвободиться и т. д. (рис. 5.3).
Атом хлора может проходить через цикл реакций снова и снова, каждый раз разрушая по молекуле озона. В среднем один атом хлора разрушает порядка 100 тысяч молекул озона, прежде чем цепочка прервется, когда хлор прореагирует с метаном или диоксидом азота или чем-либо подобным и в связанном виде вернется на поверхность Земли.
Чтобы система вышла за пределы, в ней должны быть запаздывания, а в озоновой системе их очень много. Постоянное высвобождение атомарного хлора означает, что пройдет много лет, прежде чем однажды попавший в стратосферу атом хлора будет окончательно связан и перестанет разрушать озон. Еще одно запаздывание — период между образованием молекулы ХФУ на промышленном предприятии и ее попаданием в стратосферу. При определенных видах использования (например, в качестве пропеллента в аэрозольном баллончике) ХФУ достаточно быстро поступает в воздушную среду. При других, например, при использовании в холодильных установках или при производстве вспененных изолирующих материалов, ХФУ попадет в воздух через многие годы. После высвобождения молекулы, у нее уйдет несколько десятилетий на то, чтобы с атмосферными потоками добраться до верхних слоев стратосферы. Таким образом, истощение озонового слоя сегодня — это следствие выпуска ХФУ многие годы или даже десятилетия назад.
На получение новых знаний и выработку единого научного мнения по проблеме тоже уходят годы, хотя в данном конкретном случае запаздывание уменьшилось за счет нескольких политических факторов, позволивших ускорить развитие событий.
Две статьи, предсказавшие истощение озонового слоя, вызвали настоящий бум в исследованиях по атмосферной химии хлора. В США научная информация моментально проникла в политическую среду. Частично это произошло потому, что авторы одной из статей были американцами. Их глубоко беспокоила судьба своего открытия, и они обладали достаточной энергией для того, чтобы привлечь к нему внимание общественности (особенно Ф. Шервуд Роуланд, который довел информацию до сведения Национальной академии наук и до Конгресса США). Другим фактором, сыгравшим важную роль в США, было хорошо организованное движение в защиту окружающей среды.
Когда американские экологи осознали последствия связи между озоном и ХФУ, они приступили к действию. Прежде всего они осудили использование ХФУ в аэрозольных баллончиках. Это безумие, говорили они, угрожать жизни на Земле только ради того, чтобы опрыскать себя дезодорантом или использовать готовую пену для бритья. Строго говоря, выбор в качестве основной мишени аэрозольного баллончика был чрезмерным упрощением, ведь уже производились аэрозольные баллончики на основе других наполнителей, не содержащих ХФУ, к тому же у ХФУ было много других областей использования. Однако это позволило довести информацию до потребителей. Аэрозольные баллончики заклеймили как разрушители озона, и потребители откликнулись на призыв: продажи такой продукции упали больше чем на 60 %. Результаты этого можно увидеть на рис. 5.1 — в 1975 г. рост временно остановился. Политическое давление позволило принять закон, который запретил использовать ХФУ в аэрозолях.
Промышленность, конечно, пыталась сопротивляться. Представитель компании Дюпон (DuPont) в 1974 г. выступил перед Конгрессом США и заявил буквально следующее: «В настоящее время гипотеза о связи хлора с истощением озонового слоя — чистой воды спекуляция, ей нет никаких подтверждений». Однако при этом он добавил: «Если достоверные научные данные… покажут, что хлорфторуглеводороды нельзя использовать без вреда для здоровья, компания Дюпон остановит их производство»[161]. Не прошло и четырнадцати лет, как компания Дюпон, крупнейший производитель ХФУ в мире, сдержала свое обещание.
Закон, запрещающий использование ХФУ в качестве пропеллента в аэрозольных баллончиках, был принят в 1978 г. Вместе с движением потребителей, которое к тому моменту уже вызвало снижение продаж аэрозолей, это привело к значительному уменьшению производства ХФУ в мире. Тем не менее во многих странах мира аэрозоли все еще содержали ХФУ. Кроме того, их продолжали применять для других целей, в особенности в электронной промышленности, и здесь использование ХФУ по-прежнему росло. В 1980 г. использование ХФУ в мире вернулось к уровню 1975 г. и снова стало расти (см. рис. 5.1).
Выход за пределы: озоновая дыра
В октябре 1984 г. ученые Британской антарктической экспедиции (British Antarctic Survey) во время исследования, проводившегося на станции Халли-Бей (Halley Вау), зафиксировали уменьшение концентрации озона в стратосфере на 40 %. Измерения за предшествующий десятилетний период свидетельствовали, что год от года концентрация озона в октябре снижается (рис. 5.4). Ученые отказывались верить своим глазам. Снижение концентрации на 40 % казалось им просто немыслимым. Компьютерные модели, основанные на тогдашних знаниях в области атмосферной химии, допускали уменьшение концентрации всего на несколько процентов, не более.
Исследователи перепроверили все свое оборудование. Затем они стали искать материалы измерений, проведенных другими учеными, в надежде найти подтверждение. В конце концов они нашли его: результаты измерений, проведенных станцией в 1600 км к северо-западу, тоже показывали небывалое уменьшение концентрации стратосферного озона. _
В мае 1985 г. была опубликована историческая статься, объявившая о появлении в Южном полушарии «озоновой дыры»[162]. Новость ошарашила ученых всего мира. Если она было правдой, то это означало, что человечество уже превысило глобальный предел. Использование ХФУ вышло
Рис. 5.4. Измерение концентрации озона, станция Халли, Антарктида
Концентрация озона в атмосфере над станцией Халли, Антарктида, измеренная в октябре (при возвращении Солнца — это весна в Южном полушарии), уменьшалась на протяжении десяти лет, предшествовавших появлению публикации об озоновой дыре в 1985 г. С того момента концентрация озона в октябре стала еще меньше. (Источник: J.D. Shanklin).
за пределы устойчивости. Люди фактически разрушали собственный озоновый щит.
В США ученые НАСА (National Aeronautic and Space Administration, NASA) подняли все данные по атмосферному озону, которые спутник Нимбус-7 (Nimbus 7) непрерывно собирал с 1978 г. Он никогда не сообщал о появлении озоновой дыры. Перепроверив все данные, специалисты НАСА обнаружили, что их компьютеры были запрограммированы на отсев слишком низких значений концентрации озона, поскольку предполагалось, что такие величины могут быть только результатом ошибки измерения[163].