Парадоксы климата. Ледниковый период или обжигающий зной? - Игорь Кароль

Народу не нужны нездоровые сенсации. Народу нужны здоровые сенсации.

«Звездой» мирового масштаба озон стал лет 30 назад. Открытый в 1840 г. немецким химиком К. Ф. Шенбейном (1799–1868), он долгие годы был известен лишь узкому кругу специалистов.

Озон – не просто один из многих, это газ уникальный. Несмотря на то что его масса не дотягивает даже до 0,0001 % массы атмосферы, он имеет особое значение для поддержания жизни на Земле и формирования ее климата: полностью поглощает поток коротковолновых ультрафиолетовых (УФ) лучей с длиной волны 200–280 нм и около 90 % ультрафиолетового излучения с длиной волны 280–320 нм (так называемая полоса УФ-Б излучения Солнца). Наблюдения показали, что если общее содержание озона сократится не более чем на 10–20 %, то на каждый процент такого сокращения придется приблизительно двухпроцентное увеличение потока в полосе УФ-Б.

Первый шаг к славе был сделан в первой половине 1970-х, когда в связи с появлением трех статей в научной периодике на него обратили свое внимание СМИ. В первых двух, одна из которых была написана будущим нобелевским лауреатом, а тогда сотрудником Стокгольмского университета П. Крутценом, а вторая химиком из Калифорнийского университета в Беркли Г. Джонстоном, высказывалась гипотеза о возможности разрушения стратосферного озона оксидами азота. Вскоре список гипотетических врагов озона пополнился атомарным хлором, и до 1974 г. сдержанный оптимизм вызывало лишь то, что количество хлора естественного происхождения в атмосфере сравнительно невелико. Однако ситуация кардинально изменилась с выходом в свет третьей статьи, в которой также будущие нобелевские лауреаты М. Молина и Ш. Роуленд из Калифорнийского университета в Ирвине утверждали, что дополнительными источниками хлора в стратосфере являются хлорфторуглеродные соединения (ХФУ), массово используемые в холодильных установках, аэрозольных упаковках и т. д. Будучи негорючими, нетоксичными и химически пассивными, эти вещества медленно переносятся восходящими воздушными потоками от земной поверхности в стратосферу, где их молекулы разрушаются под действием УФ-излучения, в результате чего выделяются свободные атомы хлора. Вся эта информация, эмоционально «усиленная» журналистами, была донесена широкой общественности.

Развитие (и какое!) эта тема получила через 10 лет. Сообщение об обнаружении английскими учеными в конце 1985 года большого дефицита озона над Антарктидой – «озоновой дыры» (термин был предложен еще в 1930-е гг. С. Чепменом) стало сенсацией года, а реакцию мировой общественности на это сообщение легче всего охарактеризовать одним коротким словом – шок. Одно дело, когда угроза разрушения озонового слоя существует лишь в отдаленной перспективе, другое – когда мы поставлены перед свершившимся фактом. К этому никто не был готов.

«Подумаешь, одним газом больше, одним – меньше. Вон сколько видов флоры и фауны исчезло, и ничего, мир продолжает существовать», – мог бы возразить наивный читатель, но такой едва ли сегодня найдется.

Солнечное излучение в умеренных дозах вызывает загар и тонизирует работу человеческого организма, но при их повышении наблюдается повреждение клеток кожи (их нуклеиновых кислот), которое впоследствии может привести к заболеванию открытых участков кожи.

Установлена зависимость между заболеваемостью раком кожи и степенью ультрафиолетового излучения Солнца, с наибольшим риском заболеть у представителей белой расы. Другим следствием усиления ультрафиолетовой радиации стал рост случаев поражения хрусталика глаза катарактой. Лабораторные опыты показали, что повышенный поток ультрафиолетового излучения также влечет за собой – через подавление процесса фотосинтеза и сокращение фитопланктона в Мировом океане – уменьшение популяции некоторых видов рыб.

Кроме того, от поглощения озоном ультрафиолетовой радиации во многом зависит и температура атмосферы: стратосферный воздух нагревается под действием УФ-излучения на несколько десятков градусов. Происходит это благодаря наличию в атмосфере ряда газов, включая озон, поглощающих это излучение и выделяющих при этом тепло. Весной и летом УФ-излучение интенсивнее, чем осенью и особенно зимой, поэтому и нагрев в весенне-летний период больше. Более того, этот нагрев в полярной области во время полярного дня (когда Солнце светит круглосуточно) больше нагрева в тропиках (где ночь ежесуточно сменяет день) в тот же период.

Одновременно, озон, как парниковый газ, интенсивно поглощает инфракрасную (тепловую) радиацию. Его полоса поглощения приходится на середину «окна прозрачности» (λ = 9,6 мкм, см. рис. 13 на с. 83), и потому вклад данного газа в общий радиационный эффект, а следовательно, в вертикальное распределение температуры и циркуляцию атмосферы, весьма значителен. Безусловно, столь пристальным вниманием к себе озон обязан, главным образом, своей способности защищать биосферу Земли от жесткого ультрафиолетового излучения и в меньшей степени тем, что является парниковым газом. И все же «по совокупности достоинств», он заслуживает подробного рассказа на этих страницах.

Была и еще одна, пожалуй, самая важная причина для беспокойства за сохранность озонового слоя. Подобно тому, как, например, избыточное потребление кальция приводит к постепенному накоплению его в организме человека, повышенные дозы ультрафиолетовой радиации могут иметь отдаленные по времени последствия для организма человека. Таким образом, истощение озонового слоя может сказаться спустя годы и десятилетия. Чем не бомба замедленного действия?

Но если ущерб, причиненный обычной бомбой, очевиден сразу же, то в нашем случае закрадывается сомнение, действительно ли случившееся уходит корнями в далекое (или не очень) прошлое или такая связь – плод чьего-то корыстного расчета и масштабной рекламы. Вспоминается любопытный эпизод, произошедший в середине 1990-х. Одному из авторов этой книги довелось дать интервью, посвященное озоновой проблеме, весьма толковому журналисту. После того как все вопросы были заданы и ответы на них получены, он, повинуясь извечной журналистской тяге к сенсациям, с надеждой в глазах спросил: «А не известен ли какой-нибудь случай, когда компания отправилась на пикник полакомиться шашлычками, но в тот день дефицит озона привел к резкому росту ультрафиолетовой радиации, и от полученной дозы кто-то через день-два скончался?» Надежда угасла вместе с моим отрицательным ответом.

Воздадим должное «акулам пера»: ведь именно их публикации сподвигли политиков, вряд ли читающих «в свободное от работы время» научные труды, на активные действия. Была поставлена задача: как можно быстрее выявить причины возникновения озонной дыры и оценить вероятность распространения этого феномена на другие, особенно густонаселенные, регионы земного шара. На ее решение были выделены значительные средства, и сегодня уже можно с уверенностью констатировать, что вложения эти оправдались.

Наступление велось по всем фронтам. Перво-наперво был налажен бесперебойный мониторинг в самой Антарктиде, охватывавший не только озон, но и другие газы и аэрозоли, участвующие в его химических превращениях, а также метеорологические величины (температуру, скорость ветра, давление и др.). Одновременно были разработаны и осуществлены международные программы, направленные на проведение аналогичных комплексных измерений в течение определенных периодов (обычно от нескольких дней до месяца) в различных уголках Земли. Далее были созданы лаборатории, определявшие и уточнявшие скорости протекания атмосферных химических реакций (до той поры погрешности значений таких скоростей составляли 30–300 %).

Как грибы после дождя, множились группы теоретиков, анализировавших поступающую информацию и, как правило, с помощью ими же разработанных моделей пытавшихся выделить главные механизмы образования и разрушения озона и предсказать его эволюцию в будущем. Было организовано большое число рабочих совещаний и крупных международных конференций для оперативного обмена информацией, результатами исследований и, что важнее всего, возникающими идеями. Такая широкомасштабная «мозговая атака» вскоре принесла успех. Загадка «озоновых дыр» была решена (подробнее об этом чуть позже): главными виновниками оказались вышеупомянутые ХФУ. На этом основании вскоре (в 1987 г.) был принят Монреальский протокол (позже несколько раз уточнявшийся), регламентировавший производство, применение и использование озоноопасных химикатов. Он предписывал поэтапное сокращение их применения с последующей заменой таких химикатов более «дружественными» к озону.

Для включения в список «врагов» озона, подпадающих под действие Монреальского протокола, или исключения из него, требовалось соразмерить степень «агрессивности» того или иного вещества по отношению к озону. С этой целью Д. Уэбблс из Ливерморской национальной лаборатории (США) предложил ввести два вычисляемых по некоторым предписанным правилам индекса. Первый из них, озоноразрушающий потенциал, показывал, во сколько раз молекула такого вещества сильнее (или слабее), чем молекула СFCl3 (фреона-11), воздействует на атмосферный озон. Фреон-11 – один из самых широкоиспользуемых в то время ХФУ – подлежал первоочередному запрещению и замене менее озоноопасными веществами, а потому его озоноразрушающий потенциал был принят равным 1. Подавляющее большинство ХФУ первого поколения, как и многие пришедшие им на смену, являются одновременно парниковыми газами. Поэтому каждый из них характеризовался также вторым индексом – потенциалом глобального потепления, который позволял сравнить вклады в разогрев атмосферы одной молекулы такого химиката и молекулы CO2. Как и в случае с фреоном-11, потенциал углекислого газа считается равным 1.