ХФУ (Хлорфторуглероды)
Много лет хлорфторуглероды считались безопасной альтернативой ядовитым газам, поначалу применявшимся в холодильных системах. Одна беда: ХФУ разрушают озоновый слой. Но прежде чем мы осознали эту беду во всей полноте, озоновая дыра расползлась до размеров континента. Коммерческое использование низших ХФУ официально запрещено с 1987 года.
Холодильники в наших домах обитают меньше века, но успели стать совершенно неотъемлемой частью быта, и мы воспринимаем их как должное. Выпить стакан холодного молока мы можем, когда пожелаем, и этот тихо гудящий в углу ящик вдохновил людей на многие кулинарные шедевры — взять, к примеру, канадский десерт «Нанаймо», который даже печь не надо. В 2012 году Королевское научное общество объявило холодильник важнейшим изобретением в истории кулинарии.
Конечно, нет нужды набивать кладовку через день, и все же нет-нет, да и обнаружится где-нибудь на задах вашего холодильника нечто неаппетитное. А если речь не о тухлом латуке, а о дыре в озоновом слое размером с материк?
Теперь-то мы знаем, что газы, ответственные за разрушение озонового слоя, — ХФУ, хладагенты, разработанные на замену газам, которые применялись в холодильниках в первой половине XX века. Эти вещества содержат хлор и под действием солнечного света выпускают вредоносные радикалы хлора в атмосферу. До ХФУ производители холодильников применяли метилхлорид, аммиак и диоксид серы (сернистый газ), а это всё опасные для вдыхания в замкнутом пространстве газы. Протечка хладагента могла оказаться смертельной.
И никакой запарки
Многие считают, что к разработке неядовитых хладагентов химию подтолкнул смертоносный взрыв метилхлорида в кливлендской больнице в 1929 году. На самом-то деле около 120 человек погибло, надышавшись угарного газа, а также оксидов азота, образовавшихся от возгорания рентгеновской пленки, а не от самого метилхлорида. Но в любом случае химическая промышленность уже отчетливо понимала, что несчастные случаи, вызванные ядовитыми газами-хладагентами, требуют найти какое-то другое решение.
За год до кливлендского инцидента Томас Миджли-мл., ученый из «Дженерал Моторз», синтезировал неядовитое галогенсодержащее вещество дихлордифторметан (CCl2F2), но это неловкое название сократили до «фреона». То был первый ХФУ, хотя вплоть до 1930 года о нем официально не заявляли. Начальник Миджли Чарлз Кеттеринг искал новый хладагент, который «не будет воспламеняться и вредить людям». Задним числом можно было бы счесть это дурным знаком: Миджли, только что разработавшего антидетонационную присадку тетраэтилсвинец, приставили к задаче поиска безвредного хладагента.
«Жить на 6 долларов в день означает, что у вас есть холодильник, телевизор, мобильный телефон, а ваши дети ходят в школу» Уильям «Билл» Генри Гейтс (р. 1955), американский предприниматель, основатель компании «Майкрософт»
В 1947 году, через три года после смерти — или возможного самоубийства — Миджли, Кеттеринг написал, что у фреона есть как раз нужные свойства. Он не воспламенялся и вообще «не имел никаких вредоносных воздействий на человека и животных». Что правда, то правда, но лишь в одном смысле: вредоносного воздействия на людей и животных он не оказывал при непосредственном контакте. Кеттеринг отметил, что ни одно лабораторное животное, на котором тестировали вещество, никаких признаков отравления при вдыхании этого газа не выказало. Миджли даже доказывал безопасность вещества, вдыхая его лично и прилюдно, на презентации нового хладагента. Так вот и вышло, что ХФУ стали закачивать в холодильники. Миджли, безвременно скончавшись, не дожил до полного осознания последствий своего открытия.
Заткнуть дыру
В 1974 году, примерно в ту пору, когда холодильники набивали шварцвальдскими тортами и арктическими рулетами, в статье Шерри Роуленда и Марио Молины, химиков из университета Калифорнии, возникло первое подтверждение воздействия ХФУ на атмосферу. В статье говорилось, что озоновый слой, защищающий нас от большей части УФ-излучения Солнца, может истощиться вдвое уже к середине XXI века, если ХФУ немедленно не запретить.
Неудивительно, что химические компании, наживающиеся на хладагентах, встретили эту весть нелюбезно. К тому времени доказательств того, что ХФУ действительно нанесли урон озоновому слою, не существовало — Роуленд и Молина лишь описали механизм реакции. Многие относились к этому представлению скептически и утверждали, что запрет ХФУ нанесет чудовищный экономический ущерб.
Прошло еще десять лет, и появилось, наконец, бесспорное доказательство существования озоновой дыры. С конца 1950-х в рамках программы «Британское антарктическое исследование» проходил мониторинг озона в атмосфере над Антарктидой, и к 1985 году ученые уже накопили достаточно данных, чтобы постановить: концентрация озона падает. Сведения со спутников показали, что дыра покрывает собой всю Антарктиду целиком. Всего через пару лет страны всего света ратифицировали Монреальский протокол по веществам, истощающим озоновый слой, и этот протокол зафиксировал график исключения ХФУ из производства.
Так что же там булькает на задах у вашего холодильника? Кто-то из производителей заменил ХФУ на ГФУ (гидрофторуглероды). Поскольку ущерб наносят радикалы хлора и брома, ГФУ — типовой заменитель запрещенных ХФУ. Однако в 2012 году Марио Молина выступил соавтором статьи о новой напасти: ГФУ озоновый слой, может, и не разрушают, но некоторые могут создавать парниковый эффект в тысячи раз мощнее, чем диоксид углерода. В июле 2014 года участники Монреальского протокола взялись обсуждать эту беду — пятый год подряд.
Как ХФУ разрушили озоновый слой?
На солнечном свету фторуглероды разлагаются и высвобождают радикалы хлора, а эти свободные атомы благодаря неспаренному электрону и «болтающейся» связи чрезвычайно активны. Радикалы хлора запускают цепную реакцию, в которой атом кислорода отрывается от молекулы озона (03). Затем эти радикалы образуют недолговечные соединения с кислородом, но следом распадаются и порождают новые радикалы хлора, а те в свою очередь разрушают следующие молекулы озона.
Подобные же реакции происходят и с участием брома. Во время антарктической зимы солнца мало или нет вообще, и реакции эти идут лишь весной-летом, когда появляется солнце. Остаток года хлор из ХФУ заперт в неактивном виде в ледяных облаках. Озон разрушается и сам по себе, под воздействием солнечных лучей, но обычно с той же скоростью образуется вновь. В присутствии же радикалов хлора равновесие этой реакции смещается в сторону распада озона.
А теперь как?
С конца 1970-х до начала 1990-х дыра в озоновом слое резко разрослась. Со времен Монреальского протокола ее границы стабилизировались и начали, наконец, потихоньку сжиматься. Дыра достигла максимума площади в сентябре 2006 года и составила 27 миллионов квадратных километров. Поскольку вещества, истощающие озоновый слой, живут в атмосфере долго, согласно прогнозам ученых НАСА, сжатие озоновой дыры до размеров 1980-х случится лишь к 2065 году.