Неудачный ход: как забота об озоновом слое стала источником всепланетного загрязнения

На планете накопилось более 335 000 т чрезвычайно стойкого и потенциально вредного вещества — трифторуксусной кислоты (ТФК). Ее количество растет на десятки тысяч тонн в год, и пик далеко не пройден. Главный источник ТФК — химикаты, пришедшие на смену вредным для озонового слоя фреонам. Такие выводы сделали авторы научной статьи, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters.

Холодильники как мировая угроза

Непростая история с озоновым слоем и борьбой за его восстановление началась в далеком 1928 году, когда химики синтезировали первый хлорфторуглерод (ХФУ). Этот класс веществ недаром известен как фреоны или хладоны — он стал настоящей находкой для производителей холодильников. В отличие от ранее известных хладагентов, например, аммиака, фреоны почти не вступают в химические реакции, следовательно, негорючи, нетоксичны и не вызывают коррозии материалов. Неудивительно, что производство этих недорогих и практичных веществ быстро росло, а утечки не считались проблемой.

В 1973 году британский химик Джеймс Лавлок измерил содержание фреонов в воздухе в разных точках Земли и обнаружил, что оно всюду примерно одинаково. Затем он подсчитал количество ХФУ, произведенных с 1930 года, сопоставил со своими цифрами и пришел к выводу, что все эти фреоны до сих пор витают в атмосфере. Это выглядело естественным для столь химически инертных веществ.

Однако американский геохимик Фрэнк Роуленд усомнился в таком выводе. Всякое вещество в химическом круговороте на земном шаре имеет не только источники, но и стоки, где оно разрушается. Ученый не мог поверить, что фреоны нарушают это правило, пусть даже их никогда не было в природе. Аспирант Роуленда Марио Молина экспериментально показал, что хлорфторуглероды разлагаются под действием ультрафиолета. При этом высвобождается хлор, который разрушает озон. Роуленд и Молина предположили, что открытый в лаборатории процесс происходит в верхних слоях атмосферы — и оказались правы.

Сильнее всего озон разрушается над полюсами, особенно Южным. Здесь против озонового слоя играют низкие температуры, незаходящее солнце и другие факторы. В 1985 году ученые из Британской антарктической службы впервые сообщили о сезонной озоновой дыре над ледяным континентом. Позже выяснилось, что разные научные группы и раньше фиксировали истощение озонового слоя, но отбрасывали эти данные как ошибку наблюдений. Два года спустя был проведен решающий эксперимент: ученые поднялись в стратосферу и взяли пробы воздуха прямо в озоновой дыре. По мере падения концентрации озона возрастала концентрация хлора. Так было доказано, что в появлении озоновой дыры виноваты именно фреоны.

Форма и размеры антарктической озоновой дыры сильно меняются от года к году. Иногда она охватывает южные оконечности Австралии и Южной Америки, Новую Зеландию и Фолклендские острова. Истончение озонового слоя фиксировалось и над Арктикой, хотя здесь оно не доходит до состояния дыры. Озон защищает живые организмы от вредного ультрафиолетового излучения. Разные исследования связывали ослабление озонового щита над населенными регионами с учащением случаев катаракты и рака кожи. 

Стало ясно, что с фреонами нужно что-то делать. В 1985 году государства-члены ООН приняли Венскую конвенцию об охране озонового слоя, а два года спустя — Монреальский протокол, регулирующий потребление и производство почти сотни озоноразрушающих веществ. К 2009-му эти два документа стали первыми в истории ООН документами, ратифицированными всеми ее членами. В 2023 году ООН отчиталась, что фреоны почти полностью выведены из обращения. Ожидается, что озоновый слой над Арктикой восстановится к 2045 году, над Антарктидой — к 2066 году.

Это была бы история со счастливым концом, если бы не простой вопрос: чем сейчас заправляют холодильники?

Спорная замена

На смену хлорфторуглеродам пришли родственные им вещества: гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) и гидрофторуглероды (ГФУ). Они имеют те же достоинства, что и фреоны, но не разрушают озоновый слой. Правда, ГФУ оказались эффективными парниковыми газами, способствующими глобальному потеплению. В связи с этим в 2016 году была принята Кигалийская поправка к Монреальскому протоколу, предусматривающая поэтапный отказ от ГФУ. Однако она ратифицирована далеко не всеми сторонами, подписавшими протокол.

Новое исследование концентрируется на еще одном недостатке ГХФУ и ГФУ. Эти вещества могут витать в атмосфере десятилетиями, но рано или поздно разрушаются с выделением трифторуксусной кислоты (ТФК). Последняя в течение нескольких суток выпадает на поверхность Земли, смешиваясь с водой и попадая в живые организмы. Мнения о степени токсичности ТФК различаются, большинство исследований относит кислоту к умеренно токсичным веществам. Однако общепризнанно, что это вещество накапливается в питьевой воде, и традиционные методы очистки не справляются с ним. В прошлом году Европейский союз признал «острую необходимость» прекратить выбросы ТФК в окружающую среду.

Авторы нового исследования использовали опубликованные данные о концентрации ТФК в пробах арктического льда и дождевой воде. Ученые сопоставили их с данными о производстве ГХФУ и ГФУ и рассчитали их перенос в атмосфере.

Выводы получились тревожные. Поступление ТФК из этих источников с 2000-го по 2022 год выросло в 3,5 раза, примерно до 20 000 т в год, а общее количество этого химиката в окружающей среде превысило 335 000 т. И это не предел: несмотря на Кигалийскую поправку, производство ГХФУ и ГФУ продолжается. Эксперты ожидают, что пик годового выделения ТФК еще впереди.

Авторы призывают хотя бы усилить мониторинг уровня ТФК в окружающей среде. Но ясно, что этого мало. Нужно лучше изучить биологические эффекты этого соединения и при необходимости — разработать способы очистки воды от него. Странам, еще не ратифицировавшим Кигалийскую поправку, стоит это сделать. Но, похоже, главное — нужно пересмотреть подходы к внедрению в промышленность новых химических веществ. Человечество сделало с заменителями фреонов ту же ошибку, что и с фреонами: поставило знак равенства между «нетоксичный» и «безопасный». Необходимо оценивать не только само вещество, но и потенциальные продукты его переработки в сложном химическом комбинате под названием Земля. Разумеется, это замедлит технический прогресс, и, следовательно, экономический рост. Но только так можно уберечься от ошибок, которые могут дорого обойтись будущим поколениям.