Пределы роста. 30 лет спустя - Медоуз Донелла

Предел

Действующее лицо нашей истории — невидимый газ озон: три атома кислорода, связанных вместе (O3), в отличие от обычного кислорода, состоящего из двух атомов (O2). Озон настолько химически активен, что вступает в реакцию и окисляет практически все, с чем сталкивается. В нижних слоях атмосферы много и различных частиц, и поверхностей, поэтому оказавшаяся здесь молекула озона моментально вступает в реакцию. От этого могут пострадать и листья растений, и легкие человека. В слоях атмосферы, расположенных у поверхности Земли, озон является разрушающим веществом, но как загрязнитель он имеет очень короткий

Рис. 5.2. Поглощение излучения в атмосфере

Достигающие планеты ультрафиолетовые лучи Солнца практически полностью поглощаются в атмосфере молекулами кислорода и озона. Озон поглощает большую часть излучения в диапазоне УФ-В, особенно опасного для живых существ.

срок жизни. В верхних слоях атмосферы все по-другому: там не так-то много молекул, поэтому там срок жизни озона относительно большой — как правило, от 50 до 100 лет. Под воздействием солнечных лучей в верхних слоях атмосферы озон постоянно образуется из обычного кислорода. Накопленный «озоновый слой» располагается на высоте от 9 до 32 км над поверхностью Земли.

Озоновый слой богат озоном только в сравнении с небольшим его количеством в других слоях атмосферы. Из 100 тыс. молекул, находящихся на высотах озонового слоя, на самом деле только одна — действительно молекула озона. Но этой концентрации вполне достаточно для того, чтобы поглотить большую часть чрезвычайно опасного ультрафиолетового излучения УФ-В (ультрафиолет, диапазон В), составную часть солнечного излучения (рис. 5.2). Ультрафиолет В представляет собой поток квантов, имеющих такую энергию, что они способны разрушать органические молекулы, на которых основано существование всех форм жизни на Земле: молекулы ДНК, несущие генетические код, тоже относятся к органическим молекулам. Несмотря на свою разреженность, озоновый слой выполняет чрезвычайно важную функцию.

Одно из возможных последствий облучения живых организмов ультрафиолетом В — онкологические заболевания. Исследования уже давно доказали, что ультрафиолет В вызывает у лабораторных животных рак кожи. У человека в большинстве случаев возникновения рака кожи он затрагивает именно те ее участки, которые открыты солнечным лучам. Особенно этому подвержены люди с бледной кожей, проводящие много времени на открытом воздухе. Самый высокий в мире уровень заболеваемости раком кожи — в Австралии: современная статистика свидетельствует, что каждый второй австралиец на протяжении жизни столкнется с тем или иным видом рака кожи. Самая опасная разновидность заболевания, злокачественная меланома, в Австралии чаще всего встречается в возрастной группе от 15 до 44 лет[155]. По оценке ученых, при истощении озонового слоя на 1 % количество ультрафиолетового излучения В, достигающего поверхности Земли, увеличится на 2 %, что приведет к росту заболеваемости раком кожи на 3–6 %[156].

Ультрафиолетовое излучение В представляет для человека двойную опасность. Оно не только увеличивает вероятность рака кожи, но и может подавлять иммунную систему человека и не давать ей успешно сопротивляться онкологическим и другим заболеваниям — герпесу, инфекционным болезням и т. п.

Помимо кожи, под большим воздействием солнечных лучей оказываются глаза. Ультрафиолет В может повредить роговицу, вызывая болезненное состояние, известное под названием «снежная слепота», поскольку ей часто подвергаются горнолыжники и альпинисты, забирающиеся высоко в горы. Иногда «снежная слепота» очень болезненна, а ее повторение может навсегда ухудшить зрение. Лучи ультрафиолета В могут также повредить сетчатку и вызвать катаракту хрусталика глаза.

Если поверхности Земли будет достигать больше ультрафиолета В, то любое животное, имеющее глаза и кожу, открытую солнечным лучам, потенциально будет испытывать те же проблемы, что и человек. Подробные исследования других последствий воздействия ультрафиолетовых лучей диапазона УФ-В только начались, однако некоторые выводы можно сделать уже сегодня.

Одноклеточные и микроорганизмы подвержены большей опасности, чем животные большего размера, поскольку ультрафиолет В может проникать только в поверхностные слои клеток.

Лучи УФ-В проникают в толщу океана всего на несколько метров, однако именно в этом слое обитает большая часть водных микроорганизмов — планктон. Исследования показывают, что планктон (как животный, так и растительный) особенно чувствителен к излучению УФ-В[157]. Пока еще не сложилось единого мнения о том, насколько велико влияние излучения УФ-В на взаимодействие различных видов в экосистеме. Однако планктон — основное звено в большинстве океанских пищевых цепей, поэтому увеличение уровня излучения ультрафиолета В потенциально может затронуть многие виды жизни в океане.

Облучение ультрафиолетом В зеленых растений приводит к уменьшению площади поверхности листьев, снижению высоты растений и ослаблению фотосинтеза. Различные виды зерновых реагируют на облучение УФ-В по-разному, но до 60 % изученных злаков демонстрируют при этом падение урожайности. Так, в одном из исследований сделан вывод о том, что истощение озонового слоя на 25 % может привести к снижению урожайности сои на 20 %[158].

Ультрафиолетовое излучение приводит к старению полимеров и пластических масс, используемых на открытом воздухе, и это может вести к появлению озона в нижних слоях атмосферы, где он участвует в образовании городского смога.

Живые организмы на протяжении эволюции научились защищаться от ультрафиолета разными способами — за счет пигментации, шерстного или чешуйчатого покрова, механизмов восстановления поврежденных молекул ДНК, а также с помощью поведенческих привычек, позволяющих чувствительным животным прятаться от палящих солнечных лучей. Такие защитные механизмы действуют с разной эффективностью, поэтому при истощении озонового слоя можно ожидать, что некоторые популяции сократятся, другие увеличатся, а некоторые виды, возможно, совсем исчезнут. Может нарушиться баланс между численностью травоядных и запасами корма для них, между количеством сельскохозяйственных вредителей и их природных врагов, между численностью паразитов и их хозяев. Истощение озонового слоя повлияет на каждую экосистему, но каким образом — предсказать невозможно, особенно на фоне других событий, например, глобального потепления.

Первые сигналы

В 1974 г. независимо одна от другой были опубликованы две научные статьи, обе предупреждали об опасности, угрожающей озоновому слою. В одной отмечалось, что атомы хлора в стратосфере могут приводить к массовому разрушению молекул озона[159]. В другой сообщалось, что ХФУ достигают стратосферы и в ней распадаются, высвобождая атомы хлора[160]. Вместе эти публикации означали, что использование человечеством ХФУ может привести к очень тяжелым последствиям.

Поскольку ХФУ инертны и нерастворимы, они не вступают в реакцию с другими газами и не поглощаются дождевой водой. Солнечное излучение, достигающее нижних слоев атмосферы, имеет длины волн, которые не приводят к расщеплению связей углерод — хлор или углерод — фтор. Практически единственная возможность для молекулы ХФУ «исчезнуть» из атмосферы состоит в том, чтобы добраться до верхних слоев атмосферы и встретиться там с коротковолновым ультрафиолетовым излучением — тем, которое никогда не достигает поверхности Земли, по-