Озоновая проблема и ее фальсификация

Продолжаем печатать разделы из книги главного редактора «Истока» Л.М.Корытного «ЭХО ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ СКАНДАЛОВ», готовящейся к изданию. Это раздел посвящен одной из самых крупных мистификаций в истории мировой экологии.

Как известно, озон представляет собой модификацию кислорода из трех его атомов, т.е. 0₃. Более 85% атмосферного озона находится в стратосфере, образуя озоновый слой - озоносферу. Высота максимума озонового слоя увеличивается от 15 км в полярных зонах до 25 км в тропическом поясе. Наиболее интенсивно озон образуется и разрушается в тропической стратос­фере, где солнечная радиация максимальна. Однако время его жизни в тропиках составляет всего несколько часов, поэтому содержание озона здесь минимально. Часть синтезированного в тропических широтах озона перено­сится стратосферной циркуляцией в высокие широты, где его время жизни увеличивается до 100 суток, что позволяет ему накапливаться. Поэтому его содержание о стратосфере полярных и субполярных широт всегда больше, чем в тропическом поясе.

Важно подчеркнуть, что общее содержание озона в атмосфере над конкретной террито­рией изменяется в достаточно широких пределах. Основной вклад в изменение содержания озона и его концентрации на различных высотах вносят фотохи­мические процессы, а также процессы движения воздушных масс. В настоящее время выявлены общие закономерности ряда таких изменений, связанные со временем года и географической широтой местности. Так, в северном полушарии на широтах более 30° с.ш. общее содержание озона в атмосфере максимально в конце зимы — начале весны, а минимально осенью (сентябрь — октябрь). В средних широтах сезон­ные изменения составляют 30-40% от средних значений, зона максимальной концентрации озона находится на высотах 19-21км, концентрация озона достигает 3 •10¹² см ^-3.

Хотя количество озона в атмосфере мизер­но (около миллионной доли процента), его роль в жизни Земли огромна. Он поглощает жесткое ультрафиолето­вое излучение Солнца, представляющее при превышении естественного порога опасность для биосферы. Повышенные концентрации O₃ оказывают вредное действие на растения, нарушают процессы фотосинтеза, повреждают многие сельскохозяйственные культуры, деревья. Особо сильное влияние оказывает возрастание уровня O₃ в вегетационный период. Повышенные концентрации O₃ в приземной атмосфере резко снижают урожай соевых бобов, на 15% - хлопчатника, до 50% - салата.

Но особо опасны эти процессы для человека. Установлено, что увеличение дозы ультрафиолетового излучения на 1% приводит к увеличению раковых заболеваний кожи на 2%. УФ-излучение представляет для человека двойную опасность. Оно не только увеличивает возможность заболевания раком кожи, но и подавляет способность иммунной системы сопротивляться онкологическим заболеваниям. Это подавление иммунной системы также делает людей более восприимчивыми, например, к герпесу и другим инфекционными болезнями. Помимо кожи, другим органом, в большей степени подверженным влиянию УФ-излучения, является глаз.

Благодаря озону ультрафиолетовая солнечная радиация в слое между 15 и 40 км над земной поверхностью ослабляется примерно в 6500 раз. Расчеты показывают, что уменьшение общего содержания O₃ в озоносфере на 1% приведет к увеличению ультрафиолетовой радиации на поверхность Земли примерно на 1,5 – 2,5%. Ясно, что процессы снижения содержания озона в атмосфере ниже определенного предела крайне неблагоприятны.

Хотя химические свойства озона были изучены еще в XIX веке, систематические наблюдения за его слоем начались только в 1957 году, когда ученые десятков стран объединились с целью изучения тайн Земли в рамках Международного Геофизического года. Этот год был знаменателен еще и тем, что с него началась космическая эра. В дальнейшем наблюдения за озоновым слоем стали вести со спутников, а вскоре - с пилотируемых космических кораблей и станций. Оказалось, что с 1957 до 1962 года озоновый слой утоньшался. Однако с 1962-го года количество стратосферного озона вновь стало расти, и лишь в 1970-1980гг. оно монито­ринг выявил тенденцию повсеместного истощения стратосферного озона, в первую очередь в Антарктиде. Появилось пугающее понятие «озоновая дыра».

Далее события развернулись с беспрецендентно калейдоскопической быстротой. С помощью СМИ уже с середины 1970 гг. в общественное сознание активно внедрялась единственная концепция, в которой глав­ными виновниками обнаруженной проблемы были объявлены разрушающие озон промышленные фреоны. Соединения хлора, называемые хлорфторуглеродами (ХФУ), которые широко использовались в промышленности и в быту, были объявлены ответственными за разрушение озонового слоя земли.

Да, известно, что некоторые виды хлорфторуглеродов использовались для решения разнообразных задач: создания холодильных агрегатов и автомобильных кондиционеров, очистки поверхности печатных плат для изделий микроэлектроники, аэрозольного распыления косметических и других средств из аэрозольных баллончиков, вспенивания сырья при изготовлении изделий из пластмасс, пожаротушения. Другие ХФУ применялись для производства поролонов и пенопластов - материалов, широко используемых во многих потребительских товарах, начиная от одноразовой пенопластовой посуды и заканчивая изоляционными материалами, для промывания электрооборудования и даже для обмыва космических кораблей после полетов. С 1950 по 1975 г. объем мирового производства ХФУ ежегодно возрастал на 7-10%, со временем удвоения 10 или менее лет. В 80-х годах мир ежегодно производил около 1 млн.т ХФУ.

В домашних холодильниках обычно работал фреон-12. Это бесцветный, нерастворимый в воде и негорючий газ с запахом, похожим на запах эфира. Фреон-11 и -12 работали также в установках для кондиционирования воздуха. Подчеркнем, что в «шкале вредности», составленной для всех применяемых хладоагентов, фреоны занимают последние места. Они даже безвреднее «сухого льда» — твердой двуокиси углерода. Фреоны исключительно устойчивы, химически инертны.

Тем не менее ученые Ш. Роуланд (США), М. Молина (США), П. Крутцен (ФРГ) в 1974 г. именно фреоны объявили главной причиной образования «озоновых дыр» и угрожающей всей планете опасности. Они сделали открытие в области химии атмосферы, доказав, что фреоны, выполнив свою рабочую функцию, попадает в верхнюю часть атмосферы, где под действием света разрушается с образованием свободных атомов хлора, а затем один атом хлора может разрушить не менее 10000 молекул озона. В 1995г. за это открытие ученые были удостоены Нобелевской премии по химии.

Уже с конца 1970гг. началась всемирная «атака» на ХФУ, прежде всего в США. Началом стало осуждение использования аэрозольных баллончиков, в первую очередь дезодорантов, хотя в ряде баллончиков использовались аэрозольные распылители на другой основе, не содержащей ХФУ. Но для того чтобы сделать эту проблему простой и понятной, все баллончики были заклеймены, и потребители ответили на призыв: объем продаж этого вида продукции сократился более чем на 60%.

Со стороны промышленности сначала последовало сопротивление такому развитию событий. Представитель корпорации Du Pont в 1974г. сделал следующее заявление перед конгрессом: «Гипотеза связи хлора с истощением озонового слоя является в настоящее время чисто спекулятивной и не имеет никаких доказательств, чтобы поддерживать ее». Но при этом он прозорливо добавил: «Если достоверные научные данные... покажут, что любые хлорфторуглеводороды не могут использоваться без вреда для здоровья, Du Pont остановит производство этих соединений». Четырнадцать лет спустя Du Pont, крупнейший в мире производитель ХФУ, выполнил свое обещание, к чему мы еще вернемся.

Итак, закон, запрещающий использование ХФУ в качестве аэрозольных распылителей, был принят в США в 1978г. Совместно с действиями потребителей, которые уже сократили покупку аэрозолей, этот запрет привел к падению мирового производства ХФУ на 25%. В большинстве стран, однако, аэрозольные распылители по-прежнему содержали ХФУ, и в других областях применения ХФУ, особенно в электронной промышленности, объем их потребления продолжал расти.

Тогда, быстро уверовав, что разрушение озонового слоя из-за фреонов крайне опасным для всей органической жизни на Земле, мировое сообщество предприняло ряд беспрецедентных мер вплоть до того, что объявило 16 сентября Международным днём охраны озонового слоя. В 1985 г. была принята Венская конвенция о защите озонового слоя. Затем был принят международный акт, ограничивающий производство фреонов и других соединений, разрушающих озоновый слой - Монреальский протокол. Он был подписан тридцатью странами в 1987 г. и вступил в силу с 1 января 1989 г. Основные положения Монреальского протокола предписывали следующие действия, которые обязались предпринять подписавшие его страны:

- производство фреонов 11, 12, 113, 114 и 115 заморозить на уровне 1986 г., начиная с 1992 г.; сократить до 80% от уровня 1986 г., начиная с 1993 г.; сократить до 50% от уровня 1986 г., начиная с 1998 г.

- производство галлонов (бромированных галогеналканов для тушения пожаров, тоже признанных виновниками разрушения озона) ограничить на уровне 1986 г.

В 1989 г. Совет министров Европейского сообщества объявил, что производство фреонов будет полностью прекращено к 2000 г. аналогичное заявление сделали США. Годом позже страны, подписавшие Монреальский протокол (их стало более 60), эту политику одобрили.

Россия, как правопреемница СССР, обязана была исключить из промышленного производства большой список «вредных для озонового слоя» веществ к 1 января 1996. Несколько позже этот срок был отодвинут на четыре года, а американцы безвозмездно выделили России для этого 26,2 млн долларов. В результате в декабре 2000г. последние семь российских заводов, выпускающих вещества, якобы разрушающие озоновый слой, были закрыты. Отечественная холодильная техника была практически разрушена, и фреоновые холодильники уже не могут составить конкуренции агрегатам нового поколения.

Так кто же создал эти агрегаты? Представьте себе, эта же корпорация Du Pont! Химические концерны Дюпона, поначалу вроде бы сопротивлявшиеся новомодной теории (а не для виду ли?), неожиданно (!?) изменили позицию и буквально возглавили движение за отмену фреонов. И произошло это просто потому, что именно они нашли и запатентовали «безвредные для озонового слоя заменители»: корпорация освоила производство альтерна­тивных хладагентов гидрофторуглеродов (ГФУ), не со­держащих хлора. Им удалось не только изрядно заработать на озоновой «страшилке», но и «загасить» менее расторопных конкурентов. А потребители теперь вместо эффективного охладителя R12 вынуждены использовать в кондиционерах менее эффективный хладагент R134А даже при том, что заменители фреонов дороги, токсичны и обладают сильным парниковым эффектом. По оценкам экспертов, расходы только американцев по замене фреонов в 2000г. составили 8 млрд долларов, а всему мировому сообществу борьба с фреонами обошлась в сумму от 3 до 5 трлн долларов.

Что же, если это спасло человечество, то не такая уж это большая цена? Если бы так!

Еще в период рождения идеи об исключительно антропогенной – фреоновой – причине «озоновой катастрофы» многими учеными она была подвергнута серьезным сомнениям.

Во-первых, тенденции уменьшения содержания озона вполне вписывались в факты уже указанных нами выше сезонных колебаний. Так, уже в 1957— 1959 гг. на станции Халли в Антарктиде с помощью прибора, сконструированного Г. Добсоном, было обнаружено, что это содержание существенно снижалось в антарктическую весну (сентябрь, октябрь), но снова восстанавливалось к началу антарктического лета (конец ноября).

Во-вторых, так и не было найдено убедительной причины повышения содержания озона в атмосфере в 1960-х гг., хотя производство и использование фреонов в этот период быстро увеличивалось.

В-третьих, антропогенная концепция разрушения озонового слоя не предлагает никакого механизма переноса промышленных фреонов из северного полушария, где их больше всего производится и потребляется, к Южному полюсу.

Наконец, в-четвертых, существует еще множество отнюдь не менее убедительных гипотез о причинах разрушения озонового слоя (см. ниже).

Тем не менее, все эти сомнения не были приняты во внимание. Сверхбыстро были приняты и Монреальский протокол, и национальные «противофреонные» меры, и организация производства веществ нового поколения, и даже вручена Нобелевская премия за спасение планеты. А жизненные реалии продолжали этому противоречить.

Другие гипотезы возможных причин сокращения озона продолжали развиваться. По мнению Г.Т.Фрумина, их уже набралось около тридцати:

динамические процессы в атмосфере: Азорский антициклон; внутренние гравитационные; турбулентная диффузия в стратосфере; диссипирующие планетарные волны; тропические циклоны;

космические процессы: усиление солнечной активности; галактические космические лучи и магнитное поле Земли; протонные вспышки;

геологические процессы: вулканизм; землетрясения; вариации магнитного поля Земли; глубинная водородная дегазация;

естественные процессы: лесные пожары; пылевые бури; орографические эффекты; молниевые разряды, направленные в стратосферу; Эль-Ниньо; деятельность азотпродуцирующих микроорганизмов;

другие антропогенные причины: сверхзвуковая авиация; применение азотных удобрений; ядерные взрывы; импульсный разряд и ударная волна.

Остановимся на некоторых из этих причин подробнее.

Влияние на озоновый слой сверхзвуковой авиации и космических ракет можно считать абсолютно доказанным. Кстати, в свое время американцы использовали это, чтобы почти «похоронить» англо-французский «Конкорд». Но в первую очередь это военные самолеты, в том числе и наши МИГи и СУ, а также космические аппараты. Так, космический «челнок» «Шаттл» при одном запуске способен уничтожить десять млн т озона, или 0,3 % от его общего содержания в земной атмосфере (Бурдаков, Филин, 1990). Но что-то никто не предлагает прекратить полеты сверхзвуковых самолетов и космических ракет …

Российский ученый В. Л. Сывороткин считает, что возникновение озоновых дыр связано с определенными геологическими структурами – рифтовыми зонами. В этих зонах идет интенсивное выделение водородных флюидов с примесью углеродных и галогенных газов, серы, рудных металлов, по мере подъема которых, при падении температуры и участии кислорода, происходит реакция, которая ведет к образованию воды. Таким путем в околополюсных пространствах формируются так называемые ледяные облака, способствующие разрушению озонового слоя.

Недавно появилась стратосферная гипотеза воздействия на озоновый слой (цит. по Г.Т.Фрумину, 2006). Найден пояс полярных стратосферных облаков, чрезвычайно активно уничтожающих озоновый слой. Ученые под руководством доктора Михаеля Хефнера из Германского исследовательского центра в Карлсруэ, проанализировав данные спутниковой съемки атмосферы в инфракрасном диапазоне, обнаружили пояс облаков, содержащих тригидрат азотной кислоты, которые появились над Антарктикой полярной ночью 2003 года. Частицы тригидрата, содержащие 3 молекулы воды и одну молекулу кислоты, способны в буквальном смысле слова "поедать" атмосферный озон.

Но самой доказанной является вулканическая гипотеза (тоже, кстати, связанная со стратосферными облаками). По мнению члена-корреспондента РАН В.В.Зуева из Томска, главным регулятором состояния озонового слоя следует считать массированное вулканогенное аэрозольное возмущение стратосферы. Вулканогенный аэрозоль играет роль ядер конденсации при формировании частиц полярных стратосферных облаков в условиях аномально низких темпера­тур в стратосфере над Антарктидой в зимне-весенний полярный период. На твердых поверхностях частиц облаков происходит восстановление хлора из молекул-резервуаров, инициирующее образование озоновых дыр. Такой аномальный режим с очень низкими температурами образуется благодаря изоляции стратосферных воздушных масс внутри циркумполярного вихря. При более высоких температурах частицы ПСО не образуются и озон не разрушается. Именно поэто­му в 1986, 1988 и 2002 гг. озоновые дыры над антар­ктической станцией Халли были незначительными и кратковременными. Аналогичная ситуация реализу­ется в арктической стратосфере, где аномально низкие температуры, а с ними и озоновые дыры, наблюдаются редко и крайне непродолжительное время, хотя хлор­ных соединений регистрируется в Арктике не меньше, чем в Антарктиде.

Убедительно доказано, что наличие ядер конденсации тесно связано с вулканической активностью в начале 1980-х гг. в тропическом поясе. Однако наиболее сильное аэрозольное возмущение антарктической стратосферы, определившее длитель­ную депрессию озонового слоя, возникло в период 1991 — 1993 гг. после трех мощнейших извержений вулканов Пинатубо (Филиппины), Серро-Хадсон и Ласкар (Чили) Как следствие, практически на всех антарктических станци­ях полярной весной 1993 г. наблюдалась максимально глубокая и продолжительная озоновая дыра.

Другим поставщиком вулканогенного сернокислот­ного аэрозоля в антарктическую стратосферу является вулкан Эребус (Антарктида, высота 3794 м), активность которого возобновилась в 1972 г. и продолжается до сих пор. При его извержении вверх со скоростью более 700 км/ч выбра­сываются газовые струи, состоящие в основном из ди­оксида серы, хлористого водорода и метана. При таких скоростях они быстро достигают стратосферных высот, где из диоксида серы формируется сернокислотный аэрозоль, выступающий ядрами конденсации частиц в облаках. Замерзающий в них хлористый водород обеспе­чивает эффективность разрушительных реакций. Метан, блокируя хлорный цикл, также способствует накоплению хлористого во­дорода в стратосфере.

Самые мощные серии извержений наблюдались в 2000 и 2006 гг. Именно в эти годы были отмечены в Антарктиде наибольшие площади «озоновой дыры» за весь период наблюдений - почти 30 млн км². Так при чем здесь фреоны?

Кстати, вулканическая гипотеза объясняет недавнюю загадку. В пузырьках воздуха, вмо­роженных в толщу антарктического льда, украинские исследователи обнаружили вещества, очень схожие по структуре с промышленными фреонами и в концентрации, сравнимой с современной. Однако глубина их залегания соответствует периоду тысячелетней (!!) давности.

Постоянно появляются и новые гипотезы. Так, недавно по СМИ и Интернету прошло сообщение, что основным разру­шителем озонового слоя может быть вовсе не фреон, а веселящий газ — закись азота, применяемая для анестезии. Разумеется, после операций под наркозом в атмосферу попадает ничтожное количество этого газа, но 99,99% атмосферной закиси азота обра­зуется из азотных удобрений. Эксперименты, проведенные Нацио­нальным управлением по исследованию океанов и атмосферы под руководством доктора Равишанкара (г. Боулдер, штат Колорадо), показали, что концентрация закиси азота в атмосфере растет на 0,25% в год и что надо срочно сокращать выб­росы этого газа.

К тому же за последние годы озоновый слой Земли сильно окреп. В северном полушарии его параметры вообще вернулись к уровню 1970-х гг., то есть того времени, когда озоновый слой считался невозмущенным. Практически исчезли хорошо известные озоновые дыры над Восточной Сибирью. Перестала расти и знаменитая Антарктическая озоновая дыра. Озоновый слой над европейской территорией России тоже больше не истощается. Подчеркнем, что столь быстрое восстановление озонового слоя происходит при максимальных концентрациях в атмосфере ХФУ: несмотря на все предпринятые человечеством усилия, содержание этих считающихся «озоноопасными» веществ еще не начало возвращаться к доиндустриальному уровню.

 Таким образом, можно с уверенностью утверждать, что «фреоновая» гипотеза истощения озонового слоя в качестве единственной его причины оказалась фальсифицированной. Кое-кто хорошо на этом «нагрел руки». Но признаваться в своем крупнейшем «проколе» ни мировая наука, ни политические деятели (не говоря уж о бизнесе) не спешат. Многое в появление и исчезновение озоновых дыр объясняется динамикой самого озонового слоя, изменениями климата, эндогенными причинами. Ясно одно: мы пока еще очень мало знаем о природе и динамике озонового слоя, причинах его изменений и не можем делать точные прогнозы о состоянии озонового слоя даже в ближайшем будущем. Необходимо совершенствовать систему наблюдений и продолжить очень важные для всего человечества исследования.

 А из крупной всепланетной мистификации хорошо бы извлечь хоть какой-то урок. Хотя в любом случае триллионные потери не вернешь. Да и признавать ошибки человечество не торопится; об этом свидетельствует еще более крупный очередной миф – на этот раз о глобальном потеплении …