В 1972 году американские химики Роуланд и Мосина проводили в своей лаборатории исследования фреона — газа, который используется в холодильниках и всяческих разбрызгивателях краски, лака и т. п. Оказалось, что фреон активно взаимодействует с озоном — неустойчивой разновидностью кислорода. В результате такого взаимодействия трехатомные молекулы озона перегруппировываются в обычные двухатомные.
Казалось бы, рядовой результат, имеющий чисто академическое значение. Но нет, ученые хорошо знали, что озон накапливается в верхней атмосфере Земли, на высоте 10-50 км, под воздействием солнечного света. Общая масса этого газа в озоносфере ничтожна: в пересчете на нормальное давление толщина его слоя составляет всего 2,5-3 мм. И все же роль этой «пленки» трудно переоценить: она служит надежным щитом, защищающим все живое на планете от губительных ультрафиолетовых лучей.
В обычных условиях эти лучи, ослабленные озоном, уничтожают микробы и дарят нам красивый загар, а при повышенной интенсивности могут привести к различным бедам — от рака кожи до генетических заболеваний. В противоположность озону фреон, как и большинство рукотворных химических веществ, весьма стоек, очень медленно распадается. Поэтому авторы открытия забили тревогу: выбросы промышленного и бытового фреона, попадающие в атмосферу из распылителей и испорченных холодильников, разрушают озоновый щит.

А «Дюпон» против

Роуланд и Мосина поставили себе целью добиться существенного ограничения, а в перспективе — запрещения выпуска фреонсодержащей техники. Задача была сложной и требовала принятия международных соглашений. Неудивительно, что первым препятствием было сопротивление крупнейшего монополиста — химической фирмы «Дюпон». «Конечно, — говорили эксперты фирмы, — если дело обстоит именно так и мы своей продукцией наносим вред, то нам придется менять всю технологию. Но одно дело — лабораторные опыты, а другое — натурные исследования. Проведите измерения содержания фреона и озона в атмосфере, и, если ваши выводы подтвердятся, мы вернемся к этой теме».
Неугомонные энтузиасты-ученые изготовили компактные приборы-анализаторы, установили их на воздушные шары-зонды и провели серию запусков над территорией США.
В целом их выводы подтвердились, однако до запрета производства фреонов в национальном и тем более в межгосударственном масштабе было еще далеко.
Неожиданная помощь пришла из Антарктиды: аэрологи американской полярной станции, прослышавшие о работах Роуланда и Мосины, провели серию подобных исследований с помощью аэрозондов и обнаружили заметное понижение концентрации озона в атмосфере над шестым континентом. Появилось броское выражение «озоновые дыры», пресса подхватила сенсацию — и в 1985 году была заключена наконец Венская международная конвенция об охране озонового слоя.
Это была победа. «Дюпон» сдал свои позиции и срочно стал разрабатывать новое поколение холодильной техники, ряд стран обязался резко сократить производство вредоносных фреонов.

Карта озоновых дыр

Прошли годы, и оказалось, что сегодня далеко не все специалисты разделяют мнение Роуланда и Мосины. «Почему, — спрашивают они, — наиболее крупные озоновые дыры располагаются не над обжитыми, хозяйственно освоенными регионами, где особенно велики выбросы фреона в атмосферу, а над самым пустынным материком — Антарктидой?» Так, английские метеорологи считают, что воздействием выбросов фреона можно объяснить не более 30% уменьшения количества озона в атмосфере, остальное за счет чисто природных процессов.
Российским химикам тоже казалось сомнительным, что главной причиной глобальной изменчивости озоносферы является воздействие на нее человека. И они решили определить, где располагаются зоны активной изменчивости, то есть повышения и понижения концентрации атмосферного озона. Только выяснив это, можно было сделать вывод о том, что именно воздействует на озоновый слой: промышленные предприятия или горы, вулканы и другие природные объекты.


Для этого нужно было проанализировать данные о состоянии озонового слоя за несколько лет на большой территории. Поиски таких данных привели ученых в Центральную аэрологическую обсерваторию России. Оказалось, что здесь имеется уникальный архив за 14 лет ежедневных спутниковых измерений по всему земному шару. Обработав данные архива на компьютере, исследователи нанесли выявленные зоны изменчивости озоносферы на карту мира.
Как и предполагалось, крупные промышленные узлы, то есть экологически неблагополучные области, на карте почти не проявляются. Зато отчетливо выявились участки высокой изменчивости озонового слоя в Перуанских Андах, Гималаях, Южной Африке, у островов Новой Зеландии. Может быть, срабатывает эффект высокогорных преград на пути ветра? Но как тогда объяснить наличие таких зон в открытом океане? Да и те же Анды проявляются не на всем их протяжении, а лишь в отдельных участках. Что же это за места, в чем их особенность?
Что является общим для выявленных областей повышенной изменчивости озонового слоя, так это зоны высокой тектонической активности. Именно здесь по глубинным разломам из земных недр на поверхность выносятся химически активные вещества, которые могут разрушать озон, именно здесь происходят тектонические подвижки, воздействующие не только на литосферу, но и на атмосферу. В результате этих воздействий над такими зонами всплывает атмосферный аэрозоль — те самые пылинки, на поверхности которых озон охотно взаимодействует с химически активными газами — как с техногенным фреоном, так и с природными летучими соединениями, поднимающимися из земных глубин.
Казалось бы, что нам с вами до этих тонкостей? Но вдумайтесь: продолжительность такого воздействия внутриземных процессов на озоносферу (миллионы лет) во много раз превышает сроки массового производства и применения любых искусственных химически активных веществ. Так что основным виновником появления озоновых дыр является не деятельность человека, а природные процессы. Озоновые дыры создаются в основном благодаря тектоническим подвижкам в земных недрах.

Мы тоже потомки эндемиков!

Карту озоновых дыр ученые сопоставили с картой центров происхождения культурных растений: картофеля, табака, кофе, риса, составленную академиком Вавиловым, и онемели от удивления. Оказалось, что эти центры располагались как раз вблизи выявленных зон повышенной концентрации озона — в Андах, Мексике, Средиземноморье, Южном Китае. Выходило, что озоновые дыры совпадают с местами зарождения особых видов растений — растений-эндемиков. Дело в том, что до искусственного расселения картофеля, табака и прочих заморских культур по всей Земле они были представителями так называемой эндемичной флоры, то есть уникальных видов растений, встречающихся только в ограниченных областях. Если родиной, например, картофеля является горная область на севере Южной Америки, то можно предположить, что в пределах этой области что-то воздействовало на генную структуру растений, вызвав появление нового биологического вида. Специалисты-генетики считают, что подобное воздействие оказывает как раз жесткое ультрафиолетовое облучение. И тогда вполне понятно, почему эта область совпадает с зоной высокой изменчивости озоносферы: изменения плотности атмосферного озона, задерживающего ультрафиолетовые лучи, ведут к колебанию их интенсивности и в итоге к расшатыванию генной структуры растений. Кроме того, в пределах расположенных здесь тектонически активных зон добавляется воздействие на хромосомы глубинных биологически активных газов и растворов. Это относится не только к растениям, но и к любым живым организмам: неслучайно, например, древнейшие предки человека появились в пределах современной тектонически активной зоны Великих Африканских разломов. Так что мы с вами тоже потомки эндемиков. И человечество появилось благодаря большой озоновой дыре.