„Virš manęs danguje yra skylė?!“ – kelias dienas ši mintis nedavė ramybės, kai dar visai mažas per Lenkijos televiziją išgirdau apie ozono skylę. Tuo metu tik tiek ir supratau, kad kažkur danguje yra skylė ir ji gali nužudyti visą gyvybę planetoje. Tiesa, po kelių dienų šitą „siaubingą“ žinią ištrynė siaubo filme pamatytas šiurpinantis monstras ir tik daug vėliau supratau, kad tas monstras – paprasčiausia lėlė, o ozono skylė kuo tikriausia ir kelia realią grėsmę gyvybei Žemėje. Ir nors iki šių dienų ji nedaug tesumažėjo, žmonijai, atrodo, pavyko sustabdyti jos plitimą. Už tai, kad išvengėme gan nemalonaus likimo turime būti dėkingi trims mokslininkams, gavusiems Nobelio premiją „už jų darbus atmosferinės chemijos srityje bei už procesų, susijusių su ozono formavimusi ir irimu tyrimus“. Šie mokslininkai - tai Paulas Crutzenas, Mario Molina bei Sherwoodas Rowlandas. Tad kas tas ozonas, kodėl jame yra skylė ir kokių nemalonumų, tikėkimės, išvengėme.
Ozonas – dviašmenis kardas
Ozonas – tai deguonies alotropinė forma, kurios molekulę sudaro ne du atomai, o trys. Natūraliai deguonies atomai mėgsta draugauti poromis, o ne trijulėmis. Visgi gavę pakankamai „motyvacijos“ – ultravioletinių spindulių ar žaibo išlydžio pavidalu – deguonies atomai susijungia į ozono molekulę. Šios blyškiai melsvos spalvos dujos, turi aštrų pobjaurį kvapą, iš kur ir kilęs jų pavadinimas – graikų kalbos žodis „ozein“ reiškia „kvepėti“. Pirmą kartą ozoną, kaip atskirą medžiagą 1840-aisiais atpažino vokiečių mokslininkas Christianas Friedrichas Schönbeinas, pasiūlęs ir patį pavadinimą. Likusią XIX a. dalį ir XX a. pradžioje ozonas buvo laikomas sveikatos šaltiniu – deja, tik vėliau supratome, kad viskas yra atvirkščiai ir ozonas yra nuodingas žmonėms ir gyvūnams. Dėl šios savybės ozonas naudojamas chemijos pramonėje bei įvairių patalpų, vandens ir prietaisų dezinfekavimui – šios dujos efektyviai numarina visokio plauko parazitus ir kenkėjus.
Tad kur čia šuo pakastas? Ozonas yra nuodingas, tačiau dėl kažkokios skylės buvo kilusi tokia panika? Štai čia ir atsiskleidžia dvilypė šios medžiagos prigimtis. Prie žemės paviršiaus susiformuojantis ozonas yra teršalas ir nuodas, tačiau viršutiniame atmosferos sluoksnyje (10-50 km aukštyje) esanti šių dujų „plėvelė“ apsaugo visą gyvybę planetoje. Ozonas ir įprastas deguonis sugeria didžiausią dalį iš Saulės atkeliaujančių mirtinų ultravioletinių (UV-B ir UV-C) spindulių. Jie ne tik pažeistų mūsų odą ir akis, bet ir DNR molekules – jas pažeidus prasidėtų vėžio, mutacijų ir kitų baisių pasekmių epidemija.
Nuo šių spindulių nukentėtų ne tik žmonės, bet ir visa ant žemės paviršiaus tarpstanti gyvybė – augalai ir gyvūnai. Tokios UV „dezinfekcijos“ galėtų išvengti tik kai kurie vandens ir požeminiai gyviai. Ozono sluoksnis išties efektyvus – ultravioletiniai spinduliai prie žemės paviršiaus yra apie 350 milijonų kartų silpnesni nei atkeliaujantys iš Saulės. O juk mes vis tiek gan greitai įdegame būdami saulėje ir rizikuojame susirgti odos vėžiu – baisu ir pagalvoti, kas būtų, jei ozonas mūsų nesaugotų nuo ultravioletinių spindulių.
Surasti skylę!
Dar 1930-aisiais anglų fizikas Sidney Chapmanas aprašė fotocheminę atmosferinio ozono formavimosi ir irimo teoriją. Pasirodo, tie patys ultravioletiniai spinduliai ir priverčia deguonies atomus jungtis po tris – į ozono molekulę. Taip pat šis mokslininkas pradėjo tyrinėti mechanizmus, kurie priverčia šią molekulę skilti ir pavirsti įprastu deguonimi ar prisijungti prie kitų cheminių medžiagų. Tuo metu buvo nustatyta, kad ozoną ardo įvairūs azoto oksidai, susidarantys dirvožemyje vykstančių mikrobiologinių procesų metu.
Azoto oksidų įtaką ozono skilimui intensyviai tyrinėjo amerikiečių mokslininkai Paulas Crutzenas ir Haroldas Johnstonas. 1971 metais žurnale „Science“ H. Johnstonas paskelbė straipsnį, kuriame buvo kalbama apie tiesioginę žmogaus įtaką ozono sluoksnio ardymui. Pagrindinis kaltininkas – elegantiškasis „Concorde“ bei kiti viršgarsiniai keleiviniai lėktuvai, kurie tuo metu ruošėsi amžiams pakeisti oro laivybos sritį. Juk dirvožemyje susidarantys azoto oksidai dar turi nukeliauti iki ozono sluoksnio, kad pradėtų jį ardyti, o štai viršgarsiniai lėktuvai, skrisdami beveik per patį ozono sluoksnio vidurį, išmesdavo azoto oksidus tiesiai jame. Ir čia jau joks acto garinimas nepadėtų!
P. Crutzenas ir H. Johnstonas suvienijo jėgas šioje srityje ir įžiebė gan aršią diskusiją tiek tarp mokslininkų, tiek tarp technologų, tiek tarp politikų. Galima sakyti, kad pirmą kartą rimtai pradėta svarstyti žmonių technologinio progreso įtaka natūraliems planetos procesams ir ši diskusija persikėlė iš mokslinių laboratorijų į politikų kabinetus. Tiesa, viršgarsiniai keleiviniai lėktuvai taip ir netapo nauja revoliucija, bet ozono taršos aspektas prie to prisidėjo tik nestipriai. Užtat tuo metu labai sustiprėjo atmosferoje vykstančių cheminių procesų ir žmonių įtakos jiems tyrimai.
1974-aisiais Mario Molina ir Sherwoodas Rowlandas žurnale „Nature“ paskelbė straipsnį, kuriame aiškiai įvardino dar vieną grėsmę ozono sluoksniui – chlorofluoroangliavandenilius (CFC), dar vadinamus „freonais“. Pirmą kartą šios medžiagos susintetintos prieš daugiau nei 70 metų ir labai greitai buvo pritaikytos pramonėje – kaip šaldomosios dujos (šaldytuvuose), kaip propelentai (aerozolinių balionėlių užpildymui) bei plastiko putų gamybai. Šie chemikalai buvo inertiški – netoksiški ir stabilūs, todėl iš pradžių atrodė idealūs naudoti tiek pramonėje, tiek buityje.
M. Molina ir S. Rowlandas suprato, kad „freonai“ neskyla įprastuose cheminiuose procesuose, kurie vyksta prie žemės paviršiaus ir po truputį kyla iki viršutinių atmosferos sluoksnių. Ten viršuje esanti ypač stipri ultravioletinė spinduliuotė juos visgi suskaldo ir nuo jų atskilę chloro atomai mielai jungiasi su ozonu. Šių cheminių reakcijų rezultatas – įvairūs oksidai ir mažėjantis ozono kiekis.
Septintajame XX a. dešimtmetyje per metus buvo pagaminama apie 100 tūkst. tonų CFC dujų – mokslininkai prognozavo, kad jei jų gamyba tęsis tuo pačiu tempu, po keleto dešimtmečių ozono sluoksnis suplonės dešimtimis procentų. Tokia niūri pranašystė ir vėl privertė suklusti mokslininkus ir politikus.
Ar išmokome pamoką?
Panašiai, kaip „freonai“, taip ir politikai bei verslininkai yra labai „inertiški“ – prireikė dešimties metų, kol imtasi rimtai svarstyti apie apribojimus CFC medžiagoms. Didžiausią impulsą davė 1985 metais britų geofiziko Josepho Farmano su kolegomis atliktas atmosferos tyrimas Antarktikoje – jie pastebėjo, kad virš Antarktidos akivaizdžiai suplonėjęs ozono sluoksnis, kitaip tariant, susiformavusi „ozono skylė“.
Tuo metu ne tik ozono tyrimų lyderiai, P. Crutzenas, M. Molina ir S. Rowlandas, bet ir daug kitų mokslininkų pradėjo reikšti susirūpinimą ir pagaliau buvo išgirsti. 1987-aisiais buvo pasirašytas tarptautinis susitarimas – Monrealio protokolas – kuris draudžia prekybą ozono sluoksnį naikinančiais „freonais“. Beje, vėliau pasirodė, kad „freonai“ ne tik naikina ozono sluoksnį, bet yra ir gan „efektyvios“ šiltnamio efektą stiprinančios dujos. Tad Monrealio protokolas šiek tiek prisidėjo ir prie globalinio atšilimo stabdymo. 1995 metais visiems trims prie ozono sluoksnio chemijos daugiausiai prisidėjusiems mokslininkams buvo įteikta Nobelio premija.
Visgi žemės atmosfera – labai sudėtinga ir inertiška sistema, tad net ir praėjus ketvirčiui amžiaus nuo šio susitarimo pasirašymo, ozono skylė nedaug sumažėjo. Tiesą pasakius, iki 2006 metų ji tik didėjo ir pasiekė beveik 27 milijonų kvadratinių kilometrų plotą – didesnį nei visas Pietų Amerikos žemynas. Mokslininkai prognozuoja, kad pilnai ozono sluoksnis turėtų „užgyti“ tik apie 2070 metus.
Monrealio protokolas įrodė, kad žmonija geba tarptautiniu lygiu susivienyti iškilus globaliai grėsmei. Deja, tai vyksta labai lėtai – pirmiausiai seka neigimas, abejonės mokslininkų išvadomis ir jų reputacijomis bei kitoks laiko gaišimas, kol galų gale visi sutaria, kad grėsmė neišgalvota. Ozono skylės atveju, sustojome neperžengę katastrofos slenksčio – atrodo, pamoką išmokome. Tad kodėl klimato atšilimo klausimu kartojame tas pačias klaidas?..