Лучи УФ-В проникают в толщу океана всего на несколько метров, однако именно в этом слое обитает большая часть водных микроорганизмов — планктон. Исследования показывают, что планктон (как животный, так и растительный) особенно чувствителен к излучению УФ-В[157]. Пока еще не сложилось единого мнения о том, насколько велико влияние излучения УФ-В на взаимодействие различных видов в экосистеме. Однако планктон — основное звено в большинстве океанских пищевых цепей, поэтому увеличение уровня излучения ультрафиолета В потенциально может затронуть многие виды жизни в океане.
Облучение ультрафиолетом В зеленых растений приводит к уменьшению площади поверхности листьев, снижению высоты растений и ослаблению фотосинтеза. Различные виды зерновых реагируют на облучение УФ-В по-разному, но до 60 % изученных злаков демонстрируют при этом падение урожайности. Так, в одном из исследований сделан вывод о том, что истощение озонового слоя на 25 % может привести к снижению урожайности сои на 20 %[158].
Ультрафиолетовое излучение приводит к старению полимеров и пластических масс, используемых на открытом воздухе, и это может вести к появлению озона в нижних слоях атмосферы, где он участвует в образовании городского смога.
Живые организмы на протяжении эволюции научились защищаться от ультрафиолета разными способами — за счет пигментации, шерстного или чешуйчатого покрова, механизмов восстановления поврежденных молекул ДНК, а также с помощью поведенческих привычек, позволяющих чувствительным животным прятаться от палящих солнечных лучей. Такие защитные механизмы действуют с разной эффективностью, поэтому при истощении озонового слоя можно ожидать, что некоторые популяции сократятся, другие увеличатся, а некоторые виды, возможно, совсем исчезнут. Может нарушиться баланс между численностью травоядных и запасами корма для них, между количеством сельскохозяйственных вредителей и их природных врагов, между численностью паразитов и их хозяев. Истощение озонового слоя повлияет на каждую экосистему, но каким образом — предсказать невозможно, особенно на фоне других событий, например, глобального потепления.
Первые сигналы
В 1974 г. независимо одна от другой были опубликованы две научные статьи, обе предупреждали об опасности, угрожающей озоновому слою. В одной отмечалось, что атомы хлора в стратосфере могут приводить к массовому разрушению молекул озона[159]. В другой сообщалось, что ХФУ достигают стратосферы и в ней распадаются, высвобождая атомы хлора[160]. Вместе эти публикации означали, что использование человечеством ХФУ может привести к очень тяжелым последствиям.
Поскольку ХФУ инертны и нерастворимы, они не вступают в реакцию с другими газами и не поглощаются дождевой водой. Солнечное излучение, достигающее нижних слоев атмосферы, имеет длины волн, которые не приводят к расщеплению связей углерод — хлор или углерод — фтор. Практически единственная возможность для молекулы ХФУ «исчезнуть» из атмосферы состоит в том, чтобы добраться до верхних слоев атмосферы и встретиться там с коротковолновым ультрафиолетовым излучением — тем, которое никогда не достигает поверхности Земли, по-
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).
