Экополитика, которую мы заслужили. Как нам удалось решить проблему озоновой дыры

Больше всего поражало одиночество. Пока самолет с грохотом несся по неспокойному небу в сторону Антарктиды, я смотрела в иллюминатор на движущиеся льдины и темный океан. Здесь не было ни дорог, ни поселений, ни вообще каких-либо конструкций — даже одиноких кораблей в южных полярных морях. Когда мы приблизились к континенту, последние лучи солнца погасли, сменившись рассеянными сине-фиолетовыми сумерками. Тогда я поняла, что мы действительно направляемся на край Земли.

Всего год назад я сидела за рабочим столом в своем теплом и уютном кабинете и с удовольствием изучала химию стратосферы с помощью компьютерного моделирования. Ключевой молекулой для стратосферы является озон, высокореактивный газ, получаемый из кислорода, который обладает уникальными свойствами поглощать ультрафиолетовое излучение высокой энергии. Хрупкий озоновый слой защищает нас от разрушительных солнечных лучей — и именно он дал возможность жизни выползти из защитного океана и выйти на сушу. Слой озона естественным образом возникал в стратосфере по мере того, как на Земле выделялся кислород, примерно в 15–40 километрах над нашими головами.

Однако сейчас некоторые используемые человеком вещества могут разрушать озоновый слой. Наиболее опасными из них являются соединения, содержащие хлор и бром. Ученые предсказывали разрушение озонового слоя из-за использования химических веществ из хлорфторуглеродов (ХФУ) — однако как проблему будущего, которое должно было наступить не ранее, чем через сто лет.

Но в 1985 году Британская антарктическая служба шокировала мир, опубликовав научную статью, в которой говорилось, что в озоновом слое над их станцией неожиданно образовалась «дыра». Они сообщили о уменьшении количества озона на 50% — тревожный сигнал огромных масштабов. Ученые по всему миру лихорадочно пытались выяснить, были ли верны британские измерения, и если да, стала ли озоновая дыра следствием человеческой деятельности?

Именно это и привело меня к полету на Южный полюс в 1986 году. Я была частью команды исследователей, собиравших данные, которые подтвердили бы, что хлорфторуглероды разрушают озон в чрезвычайно холодной Антарктике более эффективно, чем где-либо еще (включая Арктику, где почти всегда теплее). При изучении химии атмосферы наши предшественники полностью упустили из виду некоторые критические химические реакции при экстремально низких температурах и, соответственно, сильно недооценили серьезность экологической проблемы.

Национальная экспедиция США по вопросам озонового слоя состояла из шестнадцати ученых из четырех разных исследовательских институтов. В свои тридцать лет я была самой молодой участницей экспедиции и единственной женщиной. Тем не менее, я была главным научным сотрудником проекта, что делало меня полноценным членом группы, и временами мне приходилось брать на себя ответственность за принятие жестких решений. Мне это понравилось больше, чем я ожидала. Также я хорошо поняла тогда, как устроена политика и на что может повлиять общественное мнение.

ХФУ и другие химические вещества, разрушающие озон, теперь запрещены повсеместно в соответствии с самым успешным глобальным экологическим договором, который когда-либо знал мир, так что озоновая дыра постепенно затягивается.

Мне потребовались десятилетия, чтобы понять, как и почему произошло это чудо восстановления окружающей среды.

Первый полет в Антарктиду оказался началом долгого путешествия — я исследовала атмосферу около десяти лет, прежде чем отправилась туда, и моя собственная работа была продолжением долгой истории исследований озона. В конце XIX века ученые начали понимать, как озоновый слой защищает нас от гибельных лучей солнца.

Если вы когда-нибудь видели, как солнечный луч проходит через призму или кристалл, то хорошо себе представляете, как белый свет превращается в разноцветную радугу. Эти цвета соответствуют разным длинам волн света, энергия которых увеличивается от красного до фиолетового. Ультрафиолет, свет с такой длиной волны, что его не видят наши глаза, обладает огромной энергией и может нанести вред живому организму.

В 1879 году французский ученый Мари Альфред Корню измерил длину волн солнечного света и не смог обнаружить в нем ультрафиолет. Он знал, что Солнце должно излучать ультрафиолет, но какой-то элемент в атмосфере, судя по всему, блокировал его. Когда он тестировал различные вещества, многие из них — кислород, азот, углекислый газ, водяной пар — оказались неспособны заблокировать ультрафиолет. Несколько лет спустя британский ученый Уолтер Хартли определил, что молекула озона — три связанных вместе атома кислорода — может уникальным образом поглощать волны света определенной длины, включая ультрафиолет. В 1924 году другой британский ученый, Гордон Добсон, сконструировал первый научный прибор для измерения защитного количества озона над нами. Исследования стратосферного озона продолжались десятилетиями, и тогда это еще была чистая наука.

В начале 1970-х годов ученые использовали новую хитроумную методику для анализа проб воздуха, взятых на исследовательском судне в Антарктиде. Новый метод, называемый газовой хроматографией с электронным захватом, был чрезвычайно чувствителен и мог обнаруживать присутствие газов в количествах, в миллион раз меньших, чем требовалось при других методах. На протяжении всего путешествия в Антарктиду исследователи искали промышленное химическое вещество хлорфторуглерод-11. Природного источника этого химического вещества не существует, но производители любили использовать его в качестве дешевого и эффективного топлива в аэрозольных баллончиках. Последние несколько десятилетий производство этого вещества росло в геометрической прогрессии.

Хотя почти все аэрозольные баллончики находились в Северном полушарии, исследователи обнаружили большое количество хлорфторуглерода-11 и в Южном полушарии.

Это означало, что используемая в баллончиках разновидность ХФУ должна быть почти химически инертной, то есть не вступать в реакцию и, следовательно, не разрушаться при распространении в нижних слоях атмосферы.

Это сильно отличается от смога из Лос-Анджелеса, который может достигать соседних штатов, но никогда не достигает тропиков, не говоря уже об Антарктиде. Дело в том, что смог недолго остается в атмосфере. Его прибивает дождем, и он вступает в реакцию с растительностью и другими веществами. В документе, где излагались результаты анализа проб антарктического воздуха с помощью нового метода, также отмечалось, что химическое вещество «не представляет никакой опасности», и предполагалось, что его измерение может стать отличным способом узнать, как ветры перемещают воздух по всему миру, поскольку оно является безвредным «индикатором» движения воздуха.

Стойкость — это свойство, которое должно вызывать беспокойство, если мы говорим о воздействии человека на окружающую среду. Мы боимся ядерных отходов, поскольку понимаем, что они опасны, и мысль о том, что они, по сути, будут распадаться вечно, пугает нас. Аналогичным образом большое количество углекислого газа из угля, метана и нефти, которые мы сжигаем, также останется с нами на тысячи лет. Если мы собираемся совершить что-то необратимое в масштабах многих десятилетий (или более), нам лучше вдвойне убедиться в безопасности того, что мы делаем. И мы абсолютно ничего не предпринимали в связи с опасностью увеличения количества стойких ХФУ в атмосфере.

Открытие озоновой дыры вызвало шок в научном сообществе по всему миру, когда известия об этом были опубликованы в журнале Nature в мае 1985 года. Многие из моих старших коллег были в ужасе. Если это было реальностью, почему спутники не зафиксировали это?

Разгадка не заняла много времени. Ученые НАСА перепроверили свои алгоритмы и данные и через несколько месяцев сообщили, что они также заметили изменения озонового слоя над большей частью Антарктиды.

На снимке из космоса можно легко увидеть огромную озоновую дыру. Спутниковые данные можно было даже превратить в эффектные цветные видеоклипы с вращающемся вихрем озоновой дыры над Южным полюсом.

Когда эти изображения попали на телевидение и в газеты, проблема стала актуальной для широкой общественности. Если бы оказалось, что это связано с ХФУ, то это был бы научный кризис, который был бы заметен людям. Люди поняли, что если что-то подобное когда-нибудь произойдет над их головами, это будет иметь далеко идущие последствия.

Озоновая дыра также обладала очарованием научной тайны. Лучшие эксперты не могли понять, почему это происходит, но все свидетельствовало о том, что проблема есть. И она оказалась во много раз хуже, чем чьи-либо модельные прогнозы для ХФУ.

Нам нужно было больше данных, чтобы разгадать эту загадку. Процесс получения этих данных захватил воображение общественности, потому что Антарктида кажется людям непокоренным и загадочным местом, где герои науки идут на крайности ради знаний. Этой проблемой не могли заниматься один или два ученых по отдельности. Для этого требовалась работа команд, как делающих замеры на местности, так и работающих в лабораториях или составляющих прогнозы на все более сложных моделях.

Мы знали, что весь мир будет наблюдать за этим, и нужно было сделать это быстро и хорошо. Но с научной точки зрения это было верхом азарта и веселья. Для меня нет ничего более увлекательного, чем разгадка научной тайны, а что может быть более фантастичным, чем исследование самого холодного и отдаленного места на Земле?

Над Антарктикой располагаются также самые холодные места в стратосфере. Обычно в стратосфере слишком сухо для образования облачных частиц, но в условиях экстремального холода Антарктиды могут образовываться так называемые полярные стратосферные облака.

Правда, они считались диковинкой, а не фактором, влияющим на химические реакции в атмосфере. Газообразные хлорфторуглероды распадаются в высокоинтенсивном свете стратосферы и превращаются в основном в соляную кислоту и газообразный нитрат хлора. Пока хлор остается там, озон безопасен. И эти две вещи вообще не взаимодействуют друг с другом в газовой фазе.

Но я начала думать о том, что может происходить на поверхности этих ледяных облаков.

Поверхности могут кардинально изменить химический состав; вот почему в наших автомобилях, работающих на бензине, установлены каталитические нейтрализаторы, поверхность которых преобразует выхлопные газы в менее опасные соединения.

Я предположила, что соляная кислота и нитрат хлора могут собираться вместе и вступать в реакцию на поверхности частиц полярных облаков, высвобождая разрушающий озон хлор обратно в газовую фазу. Это, наряду с потребностью в небольшом количестве солнечного света (для запуска дополнительных реакций), было сутью моей идеи.

Многие мои коллеги были со мной резко не согласны, потому что почти все тогда верили, что в стратосфере могут иметь значение только реакции между молекулами газа. Несколько коллег с восторгом рассказали мне, что химический состав на поверхности не может вступать в реакцию, а один из них сказал: «Эти облачные частицы не ведут себя как плавательные бассейны, где могут происходить реакции». Но в конце концов оказалось, что именно так могут вести себя многие частицы. Все предыдущие работы касались только реакций молекул газа — и химия поверхностей была причиной того, что наука не смогла предсказать антарктическую озоновую дыру заблаговременно.

Это, конечно, не вся история, но химический состав поверхностного хлора в этих облаках действительно поспособствовал образованию озоновой дыры и остается важным для моделирования стратосферы сегодня. Причина, по которой в Арктике не образовалась озоновая дыра, заключается в том, что здесь, как правило, намного теплее, чем в Антарктике, хотя недавно было несколько чрезвычайно холодных арктических лет, когда условия там сравнялись с условиями в Антарктике.

Я представила работу коллегам на научной конференции в том же месяце. Я хорошо помню скептицизм, с которым был встречен мой доклад, и множество сложных вопросов, заданных мне. Но трудные вопросы — это то, чем занимается наука, и они делают нашу работу убедительнее. Работа должна быть убедительной, если люди собираются принимать решения в промышленности или основывать на ней политику.

Признание разрушения озонового слоя в рамках Монреальского протокола 1987 года по праву называют величайшим успехом международной экологической политики.

При решении озоновой проблемы нам помогло идеальное сочетание факторов: было очевидно потенциальное воздействие на здоровье каждого человека, научную составляющую было легко объяснить неспециалистам, а решения были в высшей степени практичными.

Кроме того, в предотвращении разрушения озонового слоя сыграли свою роль и обычные люди, не принимающие больших решений. Благодаря массовому отказу американских потребителей от баллончиков с ХФУ рынок американских ХФУ был уничтожен, а производителей были вынуждены искать альтернативы. Это дало людям почувствовать силу и интерес.

С другой стороны, избавление от ХФУ в холодильных установках и системах кондиционирования воздуха не было решением потребителей. Но политика управления технологиями в рамках протокола вдохновила людей на необходимые инновации, позволившие найти эти решения и сделать их достаточно дешевыми и практичными.

Открытие озоновой дыры в Антарктике ошеломило весь мир и превратило проблему озона в «горячий кризис». Люди гораздо лучше справляются с горячими кризисами, чем с медленными. Восхищение общественности придавало ученым энергии, а политикам — мотивации действовать. Ученые привыкли, что самые потрясающие результаты дает командная работа, будь то в полевых экспериментах на краю света или в международных оценочных отчетах. Мы перестали быть волками-одиночками и стали эффективной стаей, осознавая, что как группа мы могли бы служить миру лучше, чем любой из нас в одиночку.

Озоновая дыра в Антарктике меняется из года в год, на нее воздействуют такие явления, как вулканические облака и дым от лесных пожаров, которые могут привести к образованию дыры в течение года или двух, пока лишние частицы не рассеются. Но признаки устранения причиненного нами ущерба уже очевидны в долгосрочной перспективе. Можем ли мы продолжать в том же духе? Нам всегда нужно быть готовыми к новым угрозам — будь то металлические частицы, сбрасываемые спутниками, или растущее число туристических поездок в космос, — так что следите за обновлениями.