Хронограф
18152229
29162330
310172431
4111825
5121926
6132027
7142128

<декабрь>

Путеводители

Теоретическая дыра в Монреальском протоколе

По прошествии 20 лет после признания опасности обильных выбросов в атмосферу хлорфтороуглеродов появились опасения, что у озонового слоя совсем другой главный враг

  
Трехмерное изображение антарктической озоновой дыры было построено по данным с телескопа Центра космических полетов им. Годдара NASA. На протяжении почти двадцати лет появление дыры над Антарктидой каждую весну комментировалось встревоженной прессой. А потом про нее постепенно забыли. Иллюстрация: Fritz Hasler and Hal Pierce, Laboratory for Atmospheres, NASA Goddard Space Flight Center

Приближается двадцатилетие подписания Монреальского «Протокола по веществам, разрушающим озоновый слой». Тогда судьба озонового слоя вызывала большую озабоченность. После 2000 года озоновая проблема ушла из их поля зрения СМИ. Может сложиться впечатление, что благодаря выполнению Монреальского протокола «озоновая» проблема успешно преодолена, человечество может спать спокойно и гордиться прекрасным примером международной солидарности в преодолении глобальной экологической угрозы. Обоснован ли такой оптимизм?

В научных кругах проблема разрушения озонового слоя активно обсуждаться стала после 1974 года — после того, как американские химики Марио Молина (Mario J. Molina, р. 1943) и Шервуд Роуленд (F. Sherwood Rowland, р. 1927) открыли очень эффективный хлорный цикл разложения озона. Тогда же они предположили, что активный хлор может поступать в стратосферу, где находится планетарный максимум озона, в составе хлорфторуглеродов — веществ, применяющихся в холодильниках, кондиционерах, аэрозольных баллончиках и получивших торговое название «фреоны». Некоторые из них к тому времени уже были обнаружены в тропосфере англичанами — прежде всего, Джеймсом Лавлоком (James Lovelock). Самостоятельно хлор не может попасть в стратосферу из-за своей высокой активности, так как он неизбежно должен реагировать с другими веществами ещё в приземных условиях. Считается, что фреоны инертны в условиях тропосферы и с течением времени могут накапливаться в стратосфере, где под действием солнечного ультрафиолета из них выделяется хлор, вступающий в реакцию взаимодействия с озоном.

Обеспокоенность судьбой озонового слоя, который защищает биосферу от губительного влияния ультрафиолетового излучения, а также формирует тепловую структуру нижней атмосферы, привела к принятию целого ряда беспрецедентных международных соглашений и правительственных решений об охране озонового слоя. Вот их краткая хронология. В 1977 году Программой ООН по окружающей среде (UNEP) был принят «План действий по озоновому слою», предусмотревший необходимость научного изучения влияния озонового слоя на здоровье людей. В марте 1985-го в Вене была принята «Конвенция об охране озонового слоя», здесь уже речь шла о потенциально вредных для озонового слоя промышленных газах. 16 сентября 1987 года в Монреале тридцать шесть стран подписали Протокол по веществам, разрушающим озоновый слой. В 1990 году в Лондоне правительства уже девяноста двух стран подписали соглашение о полном прекращении производства хлорфторуглеродов к 2000 году. В 1992-м международные консультации по озоновому слою проходили в Копенгагене, здесь был расширен список веществ запрещенных к производству и потреблению. Наконец, в 1994 году Генеральная Ассамблея ООН провозгласила 16 сентября Международным днем охраны озонового слоя.

  
Наибольшую опасность для атмосферного озона по единодушному признанию представляли промышленные вещества, используемые в холодильных установках и болончиках с аэрозолями. Фото (Creative Commons license): GypsyRock
Узнать об эффективности всех этих действий очень просто, достаточно зайти на общедоступный сайт NASA, где ежедневно появляется картинка глобального распределения ОСО, полученная американским спутником Nimbus. И просмотр таких картинок за последние годы оптимизма не вызывает. В отдельные периоды озоновый слой планеты просто разрывается в клочья. Причем процесс этот идет синхронно в обоих полушариях. Самое печальное, что озоновые дыры с антарктическими параметрами довольно часто появляются в центре Европы, где на 7–10 дней общее содержание озона (ОСО) снижается на десятки процентов. 

Однако эта очень тревожная, очень важная и общедоступная информация никого не волнует. Странно, но двадцать лет назад такие же потери озона над безлюдной Антарктидой привели к заключению Монреальского протокола, т.е. к промышленному перевороту в планетарном масштабе… 

Научной базой Монреальского протокола стала вышеупомянутая гипотеза разрушения озонового слоя под воздействием техногенных газов — фреонов, используемых как хладагенты и пропелленты. Эту гипотезу принято называть техногенно-фреоновой, или сокращенно ТФГ, подчеркивая первым словом тот факт, что такие же фреоны могут попадать в атмосферу и в результате природных процессов. Благодаря беспрецедентным усилиям прессы ТФГ стала господствующей и в науке, и в общественном сознании.

Авторами и сторонниками ТФГ была создана внутренне непротиворечивая и логичная модель работы хлорного цикла в специфических условиях антарктической стратосферы. По их представлениям здесь в условиях крайне низких температур возникают полярные стратосферные облака. На поверхности ледяных частиц в этих облаках происходят гетерогенные реакции, в результате которых выделяется свободный хлор, намерзающий на эти льдинки. Весной при появлении солнечного света лед тает, хлор высвобождается, и бурно протекают фотохимические озоноразрушающие реакции.

В 1995 году авторы техногенно-фреоновой гипотезы получили Нобелевскую премию. Заметим, что присуждение премии «удачно» совпало с введением в действие с 1 января 1996 года санкций Монреальского протокола в отношении России, которая являлась тогда крупнейшим конкурентом западных фирм по производству фреонов. 

Однако уже к моменту присуждения Нобелевской премии стало ясно, что модельные расчеты, выполненные на основе ТФГ, расходятся с данными наблюдений. У некоторых специалистов складывалось впечатление, что эта гипотеза не предсказывала факты, а постоянно подстраивалась под них. Так, разложении фреонов в стратосфере под действием солнечных лучей пришлось заменить более сложным механизмом — гетерогенными реакциями в стратосферных облаках в специфических условиях Антарктиды. Однако озоновые аномалии появились и в Северном полушарии, где метеоусловия резко отличаются от антарктических. 

В ещё более сложную ситуацию основная гипотеза попала после обнаружения озоновых аномалий в экваториальной зоне. Здесь метеоусловия уж совсем не антарктические. И решающий удар нобелевской гипотезе наносит то обстоятельство, что и в Антарктиде, и на экваторе, и в Северном полушарии озоновый слой разрушается синхронно, что хорошо видно на картах, составленных по спутниковым данным. Чаще всего это происходит в конце осени — начале зимы. Общепланетарную синхронность разрушения озонового слоя техногенно-фреоновая гипотеза, адаптированная к антарктическим условиям, объяснить не может в принципе. 

  
Основным источником информации о толщине озонового слоя над Антарктидой служит американская антарктическая станция, расположенная у подножья одного из самых активных вулканов нашей планеты. Фото: Lieutenant Mark Boland, NOAA Corps

С появлением работ российского химика профессора Валерия Алексеевича Исидорова стало ясно, что неверно само исходное утверждение общепринятой гипотезы о полной инертности молекул фреонов в тропосфере. Катализаторами разложения фреонов могут быть силикатные частицы и некоторые виды почв. В природе существует мощный источник силикатных фреоноразрушающих частиц — планетарный пояс пустынь, расположенный на 30° с.ш. Общая площадь его достигает 18% от всей суши. Здесь во время сильных бурь за 10–15 часов в воздух поднимается до 7–10 миллионов тонн пыли различного минерального состава. Фреоны обладают способностью связываться с молекулами воды в атмосфере и выводиться из тропосферы вместе со снегом. После его таяния они также могут попадать в водоемы, накапливаться в снежниках и ледниках. 

Есть и ещё один вопрос, ответ на который многим кажется неудовлетворительным: почему феномен озоновой дыры максимально проявлен в Антарктиде, в то время как 90% населения планеты живут в Северном полушарии, и именно там сконцентрированы основные источники фреонов? Ответ на этот вопрос, даваемый сторонниками ТФГ, состоит в том, что реакция проходит при температурах, существующих в единственно на земле месте — в Антарктиде. А фреоны попадают туда из-за того, что атмосфера перемешивается и концентрация веществ в ней выравнивается, усредняется. Но это последнее утверждение опровергается реальными наблюдениями, собранными в публикациях Исидорова. Так, существует резкий градиент в концентрации техногенного газа ацетилена. В атмосфере Северного полушария его содержится больше потому, что там его больше и производят. Но фреоны в атмосфере распределены в обратной пропорции. Опубликованы данные западных специалистов о том, что концентрации фреонов над Антарктидой, над восточной частью Тихого океана выше, чем над ФРГ или Шотландией. В течение ряда лет прирост их концентрации в атмосфере Южного полушария превышал прирост в Северном полушарии. В пузырьках воздуха из антарктического льда возрастом — 1100–2600 лет был обнаружен фтортрихлорметана (аналог фреона F-11). 

Все это прямо указывает: кроме техногенных существуют и природные источники хлорфторуглеродов. Например, вулканы. Так, Исидоров зафиксировал повышенные относительно фона и сильно отличающиеся друг от друга концентрации фреонов над вулканами Курильских островов. Львиная доля натурных наблюдений в озоносфере выполняется на американской станции Мак-Мердо в Антарктиде. Станция эта расположена у подножья одного из самых активных вулканов планеты — Эребуса, но вклад вулканических газов в химические реакции, идущие в стратосфере, не учитывается. В шлейфе же Эребуса прямыми измерениями в начале 1990-х годов были обнаружены хлористый водород и диоксид серы, суточный дебит которых оценен в 90 и 30 тонн соответственно. 

  
Изменение толщины озонового слоя обнаруживает две странности: он быстрее истончается над Антарктидой, хотя фреоны распыляются в основном над Северным полушарием; реальные наблюдения сильно отличаются от модельных расчетов. Иллюстрация: по схеме Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002. Global Ozone Research and Monitoring Project - Report No. 47, World Meteorological Organization, Geneva, Switzerland, 498 pp. 
Обнаружилось и ещё одно обстоятельство, не принятое во внимание создателями общепринятой теории: поток природного метана в атмосферу на три–четыре порядка превосходит поток фреонов любой природы. А в присутствии метана реакция взаимодействия хлора с озоном не идет, хлор в первую очередь реагирует с метаном с образованием соляной кислоты. Поэтому хлорный цикл как процесс планетарного масштаба невозможен. Авторы нобелевской гипотезы допустили грубую методологическую ошибку. Изучив реакцию взаимодействия хлора с озоном «в пробирке», они применили её для объяснения химического процесса планетарного масштаба, т.е. геохимического процесса. Проблема разрушения озонового слоя — это геохимическая (геологическая) проблема, и она не может быть решена вне этих наук. Главное упущение нобелевских лауреатов состоит в том, что они не учли естественные потоки озоноразрушающих веществ. 

Именно поэтому модельные расчеты, выполненные на основе этой гипотезы, не подтверждаются натурными наблюдениям. Остается последний вопрос. Почему столь уязвимая гипотеза, предсказания которой не подтверждаются реальными наблюдениями, получила статус «общепринятой» и стала основой серьезных международных соглашений, требующих колоссальных денежных затрат?

Понять эту парадоксальную ситуацию позволяет простое наблюдение: после принятия Монреальского протокола, из десятков фирм производителей фреонов на международном рынке остались 3–4 фирмы супермонополиста, которые, кстати, финансируют практически весь международный комплекс научных исследований по проблеме озонового слоя и разработке альтернативных хладоносителей. 

Если предположить, что в данном случае решение научной проблемы опиралось не на научные, а на сугубо экономические интересы, станет объяснимым угасшее внимание к проблеме со стороны СМИ: к 2000 году в России были закрыты последние линии по производству фреонов, и отечественные производители хладотехники стали закупать готовый американский хладагент R-134a. А в итоге мы по-прежнему имеем реальную экологическую угрозу — разрушение озонового слоя планеты — и её лукавое сокрытие Монреальским протоколом: мировая общественность успокоена, научное сообщество деморализовано, а глобальная экологическая угроза нарастает.

Читайте также в журнале «Вокруг Света»:

 

Владимир Сывороткин, 06.09.2007

 

Новости партнёров