Миллиарды и миллиарды. Размышления о жизни и смерти на рубеже тысячелетий - Карл Эдвард Саган

Сколько себя помню, я мечтал об игрушечной железной дороге, но родители смогли мне ее купить только на десятилетие. Подержанная, но в хорошем состоянии, это была старая добрая вещь, не то что нынешние детальные и хрупкие модели. Один только паровоз весил пару кило. Был еще тендер для угля, пассажирский и служебный вагоны. Среди металлических рельсов были прямые, изогнутые и одна эффектная крестовина для замыкания пути в восьмерку. Я накопил на туннель из зеленой пластмассы и любовался, как головной прожектор локомотива растворяется во тьме и вновь вспыхивает с другой стороны.

Мои воспоминания о тех счастливых днях неотделимы от запаха – пожалуй, приятного, чуть сладковатого, неизменно исходившего от большой металлической коробки трансформатора с красным бегунком для изменения скорости поезда. Что касается его назначения, в те времена я бы сказал, что он превращает электричество из бытовой розетки в нужное для локомотива. Намного позже я узнал, что источником запаха было особое вещество, которое возникает при прохождении электрического тока через воздух и называется озоном.

Воздух, в котором мы живем и которым дышим, на 20 % состоит из кислорода, но не атомарного (обозначаемого буквой О), а молекулярного. Формула молекулы кислорода О2 показывает, что она включает два атома, химически связанных друг с другом. Молекулярному кислороду мы обязаны жизнью. Он усваивается нами при дыхании, вступает в реакции с пищей и дает нам энергию. Озон – значительно менее распространенная форма соединения атомов кислорода. Его формула О3 – три химически связанных атома.

В моем трансформаторе был дефект. В нем возникал слабый искровой разряд, разрушавший связь между атомами в молекуле кислорода:

(Стрелкой обозначено превращение.) Но атомы кислорода (О) не терпят одиночества, они химически активны, т. е. спешат присоединиться к первой подвернувшейся молекуле:

В этой записи буквой М обозначается некая дополнительная молекула, сама в реакции не участвующая, но необходимая для ее протекания, – катализатор. Молекул-катализаторов в атмосфере великое множество, прежде всего молекулярный азот.

Вот почему в моем трансформаторе вырабатывался озон. Сходные процессы протекают в автомобильных двигателях и в промышленных силовых установках, добавляющих химически активный озон к смогу и прочим загрязнениям приповерхностного слоя атмосферы. Запах озона уже не кажется мне приятным. Однако главная опасность не избыток озона внизу, а его недостаток наверху.

* * *

Все делалось ответственно, осмотрительно, с заботой об окружающей среде. К 1920-м гг. мир видел в холодильнике исключительно полезное изобретение. Холодильник – это удобство, охрана здоровья, возможность поставлять фрукты, овощи и молочные продукты на большие расстояния, да и просто вкусная пища на каждом столе. Все хотели его купить. (Прощайте, погреба-ледники! Разве плохо?) Однако в качестве хладагента – вещества, в результате циклического нагревания и остывания которого охлаждается камера холодильника, – использовался аммиак или диоксид серы – ядовитые вонючие газы. Их утечка оборачивалась большими проблемами. Было крайне необходимо найти заменитель, который переходил бы в жидкое состояние при заданных условиях и не отравлял все вокруг при протечке или разрушении холодильника. В идеале еще и не был бы ни ядовитым, ни горючим, не вызывал коррозии, не ухудшал зрения, не привлекал насекомых и не доставлял неприятных ощущений домашним питомцам. Оказалось, что при всем богатстве матери-природы такого чудо-вещества просто не существует.

Химики США и Германии, сначала веймарской, затем нацистской, создали новый класс молекулярных соединений, никогда прежде на Земле не встречавшихся. Их назвали хлорфторуглероды (ХФУ), поскольку они состоят из одного или нескольких атомов углерода, к которым присоединены атомы хлора или фтора. Вот их структурная формула (С – углерод, Cl – хлор, F – фтор):

Результаты превзошли все ожидания изобретателей, и успех был ошеломляющий. ХФУ стали основным рабочим телом не только в холодильниках, но и в кондиционерах, нашли широкое применение в баллончиках спреев-аэрозолей, в производстве пенопластов, технических растворителей и моющих средств (особенно в сфере микроэлектроники). Самым знаменитым брендом стал фреон – торговая марка фирмы DuPont. Он применялся несколько десятилетий и казался совершенно безвредным. Безопаснее и быть не может! Неудивительно, что вскоре огромное количество продуктов промышленной химии, без которых мы уже не мыслим свою жизнь, не обходились без ХФУ.

К началу 1970-х гг. эти вещества производились в количестве миллиона тонн в год. Перенесемся мысленно в те времена. Вы только что приняли душ и нажимаете на распылитель дезодоранта. Вместе с ароматическими веществами в воздухе оказывается облачко ХФУ-аэрозоля. Молекулы пропеллента не оседают на вашем теле. Они отскакивают от вашей кожи, от зеркала и стен ванной комнаты, постепенно выбираются наружу через окно или щель под дверью и в конце концов – через несколько дней или недель – оказывается во внешнем мире. Там молекулы ХФУ отталкиваются от других молекул воздуха, от домов и телефонных будок, а конвекционные потоки и циркуляция атмосферы разносят их по всему миру. За редчайшими исключениями они не распадаются и не вступают в химические реакции ни с какими другими молекулами, поскольку практически инертны. Проходит несколько лет, и они добираются до верхних слоев атмосферы.

Там, на высоте около 25 км, в силу естественных процессов образуется озон. Ультрафиолетовое излучение Солнца, выступая в роли электрической искры в моем плохо изолированном трансформаторе, разбивает молекулу кислорода О2 на два атома. При их рекомбинации появляется озон.

Молекула ХФУ существует на этой высоте в среднем 100 лет, пока ультрафиолет не выбьет из нее атомы хлора. Хлор – катализатор, разрушающий молекулы озона, но сам не разрушающийся. Только через пару лет хлор мигрирует в нижние слои атмосферы и осядет на землю с дождями. К этому времени на счету одного атома хлора может быть 100 000 распавшихся молекул озона.

Вот как протекает эта реакция: