ВВЕДЕНИЕ
Так или иначе, мы оказались в центре широкомасштабного эксперимента по
изменению химической структуры стратосферы, хотя мы и не имеем четкого
представления о том, какие биологические и метеорологические последствия
нас ожидают. ( Ф.Шервуд Роуланд)
Недавно человечество перестало один из очевидных экологических
пределов, определяющих существование слоя стратосферного озона, но, вовремя
осознав это, отступило назад. История с озоном — оптимистическая история,
по крайней мере пока. Она показывает лучшие качества людей и целых стран и
одновременно демонстрирует некоторые общие человеческие слабости.
Первыми подняли тревогу об угрозе исчезновения озонового слоя ученые.
Они сумели преодолеть политические барьеры и затем сформировать мощные силы
для получения достоверной информации. Однако это стало возможным только
после того, как им удалось справиться с собственной ограниченностью.
Правительства и корпорации сначала действовали очень медленно и неуверенно,
но впоследствии некоторые из них стали настоящими лидерами движения.
Энвайронменталисты, ранее прозванные «обезумевшими паникерами», на этот раз
недооценили проблему.
Организация Объединенных Наций в этой истории показала свою способность
к распространению важнейшей информации по всему миру, к обеспечению
нейтральной основы и мудрой поддержки, в то время как правительства
работали над этой, безусловно, международной проблемой. Страны третьего
мира нашли в озоновом кризисе новую возможность действовать в своих
собственных интересах, отказавшись сотрудничать, пока им не будет
гарантирована техническая и финансовая поддержка этого сотрудничества.
В конце концов народы мира осознали, что они превысили серьезный
предел. Под давление здравого смысла они, хоть и неохотно, все-таки
согласились прекратить производство этой экономически выгодной и полезной
промышленной продукции как хлорфторуглеводород. Это произошло до того, как
появилась какая-либо ощутимая опасность для экономики, окружающей среды,
человека, до того, как ученые достигли полной уверенности в своих
результатах. Возможно, это было сделано как раз вовремя.
ГЛАВА I
1. Рост.
Хлорфторуглеводороды (ХФУ) принадлежат к числу самых полезных
соединений, когда-либо изобретенных человечеством (см. табл.). Они
нетоксичны и стойки, не горят, не реагируют с другими веществами, не
вызывают коррозии. Благодаря низкой теплопроводности они являются отличными
изоляторами в составе пенопластов, используемых при изготовлении
стаканчиков для горячих напитков, контейнеров для гамбургеров или
утеплителей для стен. Некоторые ХФУ испаряются и повторно конденсируются
при комнатной температуре, что делает их прекрасными хладагентами для
холодильников и кондиционеров (в этом качестве они известны под названием
«фреоны»). ХФУ являются хорошими растворителями для очистки различных
металлических поверхностей, от сложных электронных схем до заклепок,
соединяющих различные части самолета. ХФУ недороги в производстве, и их
можно выбрасывать, как думали раньше, без ущерба для окружающей среды,
просто выпустив в виде газов а атмосферу.
Как видно на диаграмме с 1950 по 1975г. 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. Только в США ХФУ в
качестве хладагентов работали в 10 млн. бытовых и 90 млн. автомобильных
кондиционеров, сотнях тысяч охладителей в ресторанах, супермаркетах,
авторефрижераторах. Средний житель Северной Америки или Европы имел в своем
пользовании 0,85 кг. ХФУ в год. Средний житель Китая или Индии использовал
в среднем меньше 0,03 кг ХФУ.2 Увеличение числа химических компаний в
Северной Америке, Европе, Советском Союзе и Азии происходило главным
образом за счет капиталовложений в производство ХФУ. Для ещё большего числа
компаний они были необходимы в производственном процессе.
|Название|Химическ|Потенциа|Область применения |Объем |Время |
|соединен|ая |л | |мирового |пребывани|
|ия |формула |разрушен| |производств|я в |
| | |ия озона| |а в 1985г.,|атмосфере|
| | | | |т |, лет |
|CFC-011 |CFCl3 |1,0 |Искусственное |298000 |65 - 75 |
| | | |охлаждение, | | |
| | | |аэрозоли, пены. | | |
|CFC-012 |CF2Cl2 |0,9 - | |438000 |100 - 140|
| | |1,0 |Искусственное | | |
| | | |охлаждение, | | |
| | | |аэрозоли, пены, | | |
| | | |стерилизация, | | |
| | | |замораживание | | |
| | | |пищевых продуктов, | | |
| | | |термодатчики, | | |
| | | |устройства аварийной| | |
|CFC-013 |CCl3CF3 | |сигнализации, |138500 | |
| | |0,8 - |косметические | |100 - 134|
| | |0,9 |препараты, | | |
|CFC-114 |CClF2CCl| |пенообразующие | | |
| |F2 | |вещества. | | |
|CFC-115 | |0,7 - | | |300 |
| |CClF2CF2|1,0 |Растворители, | | |
| | | |косметические | |500 |
|Галон | |0,4 - |препараты. |2600 | |
|1301 | |0,6 | | | |
| |CBrF3 | |Искусственное |2600 |110 |
|Галон | | |охлаждение. | | |
|1211 |CClBrF2 |10 - | |81200 |15 |
| | |13,2 |Искусственное | | |
|HCFC-22 |CHClF2 | |охлаждение, | |16 - 20 |
| | |2,2 - 3 |коагулянты грязи. | | |
| | | | |499500 | |
| | |0,005 |Огнетушители. | | |
|Метилхло|CH3CCl3 | | | |5,5 - 10 |
|роформ | | |Огнетушители. |71200 | |
| | | | | | |
|Четырехх|CCl4 |0,15 |Искусственное | |50 - 69 |
|лористый| | |охлаждение, | | |
|углерод | | |аэрозоли, пены, | | |
| | |1,2 |огнетушители. | | |
| | | | | | |
| | | |Растворители. | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| | | |Растворители. | | |
[pic]
Производство двух наиболее широко применяемых ХФУ быстро росло вплоть до
1974г., когда появились первые статьи, объясняющие влияние этих веществ на
озоновый слой. Последующее сокращение производства ХФУ произошло в
результате активных выступлений защитников окружающей среды против
использования аэрозольных баллончиков, содержащих ХФУ. В США их
производство было окончательно запрещено в 1978г. Начиная с 1982г.
расширение других областей применения ХФУ снова привело к росту их мирового
производства.
Источник: Chemical Manufacturers Association
2.Предел.
Далеко в стратосфере, на высоте, в 2 раза превышающей высоту Эвереста
или высоту полета реактивных самолетов, находится тончайшая вуаль,
выполняющая важнейшие функции. Она состоит из газа, называемого озоном, в
молекуле которого соединены вместе 3 атома кислорода ( О3 ), в отличие от
обычной молекулы кислорода, в которой имеются лишь 2 атома кислорода (О2).
Озон нестабилен. Он обладает такой реакционной способностью, что активно
взаимодействует и окисляет практически все, с чем сталкивается. Вот почему
в нижних слоях атмосферы, заполненных объектами, состоящими из различных
веществ, с которыми может реагировать озон, включая ткани растений и легкие
человека, он является разрушающим, но недолговечным загрязняющим веществом.
В стратосфере, однако, не так много веществ, с которыми могли бы
взаимодействовать молекулы озона. К тому же озон образуется под действием
солнечной радиации из обычных молекул кислорода и остается в стратосфере в
течение довольно длительного времени. Поэтому и образуется озоновый слой.
Озоновый слой богат озоном только по сравнению с небольшим количеством
этого газа в других слоях атмосферы. В озоновом слое только одна молекула
из 100тыс. Является молекулой озона. Но этого достаточно для того, чтобы
стратосферный озон поглощал из потока солнечного света большую часть очень
опасного ультрафиолетового (УФ) излучения. Это излучение представляет собой
поток крошечных энергетических снарядов с частотой, разрушающей
органические молекулы, включая молекулы ДНК ( носительницы генетического
кода, ( благодаря которым существует жизнь на Земле.
Когда живые организмы атакуются такими энергетическими снарядами, одним
из возможных результатов является рак. Почти все случаи рака кожи человека
проявляются на частях тела, подверженных действию солнечных лучей. Они
особенно распространены среди людей, проводящих с незащищенной кожей
значительное время на солнце. Наивысший уровень заболеваемости раком кожи
отмечается в Австралии: при сегодняшних темпах распространения заболеваний
два из каждых трех австралийцев могут заболеть одним из видов рака кожи и
каждый шестидесятый ( наиболее опасной его разновидностью: злокачественной
меланомой. По оценкам ученых, уменьшение толщины озонового слоя на 1%
повысит интенсивность УФ-излучения на поверхности Земли на 2%, что увеличит
уровень заболеваемости раком кожи у людей на 3-6%.3
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. Это излучение может воздействовать на роговую
оболочку глаза, создавая условия для возникновения «снежной слепоты»,
названной так потому, что она часто возникает у горнолыжников и
альпинистов. Иногда снежная слепота очень болезненна; ее рецидивы могут
постепенно уменьшить остроту зрения. УФ-излучение представляет опасность и
для сетчатки, а также вызывает катаракту хрусталика глаза.
Если разрушение озонового слоя позволит большему количеству УФ-лучей
достигнуть поверхности Земли, можно ожидать, что их влияние на тех
животных, глаза и кожа которых подвергаются воздействию солнечного света,
будет аналогично тому, что наблюдается у людей. Детальное изучение влияния
УФ-лучей на животных и растения только начинается, но некоторые последствия
уже ясны.
. Одноклеточные и микроорганизмы подвержены опасности в большей степени,
чем крупные животные, потому что УФ-свет проникает только в
поверхностные слои клеток.
. УФ-излучение проникает в глубь океана только на несколько метров, но
это тот самый слой, где живет большая часть морских микроорганизмов.
Эти небольшие плавучие растения и животные особенно чувствительны к УФ-
радиации. Кроме того, они являются основной большинства пищевых цепей в
океане. Вот почему увеличение УФ-радиации может нанести значительный
ущерб многим популяциям, живущим в океане.
. Облучение ультрафиолетом уменьшает площать поверхности листьев, высоту
растений и интенсивность фотосинтеза в зеленых растениях. Различные
сельскохозяйственные злаки реагируют на воздействие УФ-излучения по-
разному, но у 2/3 изученных злаков снижается урожайность. Например,
исследование влияния УФ-света на соевые бобы показало, что разрушение
озонового слоя на 1% снижает их урожайность на 1%.4
. Культурные растения, по-видимому, более чувствительны к УФ-излучению,
чем дикие.
У живых организмов существует много способов самозащиты от УФ-
излучения, например пигментация, шерсть, чешуя, механизм восстановления
поврежденных ДНК, поведение, помогающее спрятать чувствительные места от
яркого солнечного света. Эти механизмы и приспособления у одних организмов
развиты лучше, чем у других. Вот почему результатом разрушения озонового
слоя для одних популяций будет уменьшение их численности или вымирание, для
других, напротив, увеличение численности. При этом может нарушиться баланс
между численностью травоядных и запасами корма, между количеством
вредителей и тех, кто их пожирает, или между численностью паразитов и их
хозяев. Реакцию каждой экосистемы на истощение озонового слоя невозможно
предсказать, особенно если в это же время произойдут другие изменения,
например изменение климата.
ГЛАВА II
1.Первые сигналы.
В 1974г. были опубликованы две научные статьи, которые предупреждали об
опасности, угрожающей озоновому слою. В одной статье говорилась, что атомы
хлора в стратосфере способны разрушать озоновый слой.5 Вторая сообщала, сто
ХФУ достигают стратосферы и, разлагаясь, освобождают атомы хлора.6 Вместе
эти публикации предсказывали, что использование человеком ХФУ может
привести к до тех пор неизвестной экологической опасности.
Благодаря стабильности и инертности ХФУ они не растворяются в дождевой
воде и не реагируют с другими газами. Связи углерод(фтор и углерод(хлор в
этих соединениях столь прочны, что солнечное излучение с той длиной волны,
которая достигает нижних слоев атмосферы, не разрушает их. Пожалуй,
единственной возможностью для молекул ХФУ «исчезнуть» из атмосферы остается
возможность подняться очень высоко, в самые верхние ее слои, туда, где они
встретят коротковолновое УФ-излучение, никогда не достигающее земной
поверхности, поскольку озоновый и кислородный «фильтры» не пропускают его.
Это излучение в конце концов разрывает молекулу ХФУ, освобождая радикал
хлора.
Здесь-то и начинается беда. Свободный радикал хлор (CL) может
реагировать с молекулой озона, образуя кислород (О2) и оксид хлора (ClO).
Затем оксид хлора реагирует с атомом кислорода (О), образуя кислород и
снова радикал хлора. Этот радикал может реагировать с новой молекулой
озона, образуя кислород и оксид хлора, и т.д.
Один атом хлора может проходить через эту серию реакций снова и снова,
разрушая одну молекулу озона за другой. Один атом хлора в среднем может
разрушить 100 тыс. Молекул озона до того, как он в конце концов исчезнет из
стратосферы. Обычным путем удаления хлора является его реакция с метаном с
образованием соляной кислоты (HCl). В этот момент могут наблюдаться два
явления: молекула HCl либо разлагается, снова освобождая атом Cl, который
продолжает цикл разрушения озона, либо опускается в нижние слои атмосферы,
где она обычно растворяется в воде и возвращается на Землю в виде кислого
дождя.
Многократная химическая регенерация атома Cl представляет собой только
одну характеристику коварного процесса разрушения озона. Другой является
длительный период запаздывания между синтезом молекулы ХФУ и ее появлением
в стратосфере. В одних случаях, когда ХФУ используются в качестве
аэрозольного реактивного топлива, их распыление в воздухе очень быстро
следует за производством. В других случаях, когда ХФУ выступает в роли
хладагентов или пенопластов, они могут храниться годами и даже
десятилетиями после производства. После того как они попадут в атмосферу,
может пройти до пятнадцати лет, пока молекула ХФУ пройдет свой путь от
земной поверхности к верхним слоям стратосферы, где она разрушится и
прореагирует с озоном. Таким образом, наблюдается результатом действия ХФУ,
произведенных и выброшенных в атмосферу 15 или более лет тому назад.
2.Первый отклик.
Две статьи, предсказавшие в 1974г. разрушение озонового слоя, положили
начало буму исследований в области химии атмосферного хлора во всем мире. В
США научная информация моментально проникла и в политическую сферу. Это
произошло частично потому, что авторами первых статей были американцы,
обеспокоенные судьбой своего открытия. Поэтому они действовали энергично,
привлекая к этой проблеме внимание общественности (особенно Ф.Шервуд
Роуланд, который незамедлительно передал результаты исследования в
Национальную академию наук и Конгресс). Другим фактором, который немедленно
вызвал политическую дискуссию а США, было широкое, умело организованно
экологическое движение.
Когда американские защитники окружающей среды осознавали последствия связи
озона и ХФУ, они приступили к действиям. Началом стало осуждение
использования аэрозольных баллончиков. Это безумие, говорили они, угрожать
жизни всего мира из-за удобства опрыскать себя дезодорантом. Их выбор
аэрозольного баллончика в качестве мишени был огромным упрощением проблемы,
поскольку в ряде баллончиков использовались аэрозольные распылители на
другой основе, не содержащей ХФУ. Но для того чтобы сделать эту проблему
простой и понятной, баллончики были заклеймены, и потребители ответили на
призыв. Объем продаж этого вида продукции сократился более чем на 60%. Рост
политического давления заставил принять закон, запрещающий производство
аэрозолей, содержащих ХФУ.
Со стороны промышленности, как и следовало ожидать, последовало
сопротивление такому развитию событий. Представитель компании 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
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.
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,
|
