История и причини за засилването на парниковия ефект

През 70-те години учените установяват разрушителното действие на хлорофлуоровъглеродите (CFC, HFC, HCFC) върху озоновия слой на Земята. Естеството на формулата им допринася за изключително дългото им съществуване в атмосферата. Окачествени са и като част от парниковите газове, които влияят на изменението на климата ни със сила 10 000 пъти от тази на въглеродния диоксид.

Това описва Велина Узунова-Чалгаджиян, магистър по управление на хидро-климатични ресурси от Софийски университет и бакалавър по география от Университета в Ница (Франция), любител на природата и нейните стихии в свой анализ за climateka.bg.

За да съществува човешкият вид на планетата Земя, в точно определен момент се появяват съвкупност от фактори в перфектни пропорции, задвижвани от идеално работещ механизъм. И всичко това, за да ни има нас и природата, от която сме зависими. Жизнената ни среда не е обширна. Обхваща около 20 км от най-дълбоката падина до най-високия връх. За човешкия вид тези граници са още по-стеснени, поради трудностите с налягането, които изпитва във вода и на голяма височина.

И въпреки ограничеността на хабитата и изключителната способност на планетата ни за регенериране, хората не могат да бъдат сигурни, че ако балансът между тези формиращи фактори бъде разрушен, оцеляването ни ще бъде трудно. 

Наличието на озон в стратосферата е един от тези фактори, от които сме изцяло зависими. Благодарение на него ултравиолетовата светлина от Слънцето не достига до приземните слоеве и животът продължава да бъде такъв, какъвто го познаваме. Озонът е съставен от три атома кислород и ако се разпредели равномерно по цялото земно кълбо, би бил с дебелина едва 3 мм. 

Много от хората, които се опитват да водят природосъобразен начин на живот, често си задават въпроса дали усилията им имат смисъл и какъв е скромният им принос в света. Публикацията разглежда темата за наследството на двама учени, преплели само творческия си път, но оставили ярка следа на света ни всеки по своему – Томас Мидглей и Клеър Патерсън.

През 40-те години на ХХ век Клеър Патерсън, учен в Чикагския университет започва да прави опити за определяне на възрастта на Земята, като разработва нов метод с оловен изотоп. За жалост, всичките му проби се оказват замърсени и показват завишена концентрация на олово с близо 200 пъти. Дълго време изминало преди да разбере къде се крие причината за това. 

Как започва историята на хлорофлуоровъглеродите

Историята ни връща 20 години назад, когато никому неизвестният дотогава Томас Мидглей – инженер за Дженеръл Мотърс, насочва интереса си към химията. Разработва химично съединение, наречено оловен тетраетил, благодарение на който детонациите (или т.нар. чукане) в двигателите на колите намаляват. Въпреки че още от самото начало на употребата му станало ясно, че съединението е изключително опасно за здравето и живота на хората било интегрирано в производството на огромен брой потребителски стоки (консервни кутии, в боите, в тубичките за паста за зъби, под формата на пестицид в земеделието и др.) Но нищо не било толкова пагубно за здравето на хората, както идеята на Мидглей оловният тетраетил да бъде използван като добавка към бензина. 

За жалост, вниманието на Томас Мидглей било привлечено и от друг технологичен проблем – хладилниците. През 20-те години на ХХ век за тяхната направа се използвали опасни газове – хлорометан, амоняк, пропан и серен диоксид –  причина за смъртта на голям брой хора и множество битови инциденти. Затова той търсил нещо, което да бъде безвредно за вдишване, стабилно и незапалимо.

Така, известни на света станали газове с общото название хлорофлуоровъглеродите (Chlorofluorocarbon – CFC) или познати също като фреони (първоначално формулирани като хлорофлуорометани). Сходно с оловния тетраетил, качествата на формулата му допринесли за бързото им навлизане в живота на хората – в хладилните и климатични системи, в дезодорантите и хиляди козметични и хигиенизиращи продукти, използващи спрейове. Основните им свойства са, че притежават изключителна продължителност на съществуване, не реагират с нищо, непрозрачни са на инфрачервена светлина и се разпадат единствено под въздействие на ултравиолетовата светлина в стратосферата. 

Тези газове разрушават озоновия слой на нашата планета

Изминал повече от половин век преди двама учени от Калифорнийския университет да открият, че тези газове разрушават озоновия слой на нашата планета. През 1974 г. Ф. Шерууд-Роуланд – професор по химия и Марио Молина, ръководител на катедрата по химия в същия университет, доказват разрушителното въздействие на CFC върху озоновия слой. Озонът е съставен от три атома кислород и притежава странна дуалистична природа – замърсител в приземния атмосферен слой, но полезен в стратосферата. Благодарение на симбиозата на тези три атома кислород, опасното UV лъчение от Слънцето не достига повърхността на Земята. Полезният озон обаче, не е в голямо количество и е лесно разрушим. Роуланд и Молина първи доказват, че CFC са причината за изтъняването му. В началото на създаването си  хлорофлуорометаните са изпускани в огромни количества в атмосферата

Характерно за тях е, че са химически инертни и изключително издръжливи (продължителността на съществуването им варира между 40 и 150 години). При фоторазлагането (под влияние на светлината) в стратосферата от молекулата на CFC се отделя хлорният атом, който взаимодейства с озона и го разрушава. Като достига стратосферата, под влияние на UV светлина, хлорната молекула се отделя от съединението и реагира с озона, като провокира верижна реакция на разрушение (1 кг CFC може да унищожи 140 000 кг озон). Роуланд и Молина доказват и друго важно нещо:  всяко количество CFC, емитирано някога, все още присъства в атмосферата ни.

В техния труд посочват, че ако производството на CFC се преустанови веднага (1974 г.), то въпреки това изтъняването на озоновия слой ще продължи с години. Освен действието си на разрушаващ агент, те имат свойството да акумулират топлина в приземния атмосферен слой, като по този начин затоплят земната повърхност и допринасят значително за климатичните изменения на планетата. Силата на въздействието им се очаква да покачи температурата на Земята с около 3 ͒С до края на столетието.

Близо 10 години след публикацията за заплахата от употребата на тези вещества се установява и огромното им въздействие за парниковия ефект и  климатичните промени (като те са близо 11,5% от всички парникови газове, а ефектът им е около 10 000 по-голям от този на СО2 .)  (таблица1)

Потенциал на глобално затопляне* на основните групи от парникови газове. Източник

*Потенциал на глобално затопляне (ПГЗ) – термин въведен, за да се оразмери въздействието (приноса) на конкретен газ за парниковия ефект. Действието на въглеродния диоксид е прието като база за сравнение. Най-общо ПГЗ може да се определи като радиационния баланс, който емисията на даден газ генерира за определен период от време (относително за 100 години).

Как е концентрирано такова огромно количество олово в атмосферата

След като успял да изчисли възрастта на Земята, Клеър Патерсън се залавя да обясни как е концентрирано такова огромно количество олово в атмосферата. Успява да докаже, че 90% от концентрациите му се дължат на бензиновите изгаряния от автомобилите (или на оловния тетраетил, влаган към автомобилните горива). Оловото е особен елемент, който никога не изчезва. Затова Патерсън стигнал до извода, че може да съпостави нивата му от настоящи дни с тези, преди да бъде въведен в употреба т.е. преди 1923 г. Вниманието му се насочва към ледените блокове в Гренландия, където снеговалежите се натрупват в отделни пластове всяка година, а сезонните температурни разлики създават промени в оцветяването от зимата до лятото. След като преброил пластовете и отчел количеството олово във всеки от тях, успял да изчисли концентрацията му в атмосферата по всяко едно време за стотици години назад.

Битката за премахване на оловото в атмосферата е изключително трудна

Методът му става основоположен в науката за ледените блокове и база за голяма част от климатологията. Това, което открива е, че олово почти не присъства преди 1923 г., а след това достига драстични размери. Ясната му цел вече била набелязана – да премахне емисиите на олово в атмосферата. Битката му се оказва изключително трудна. Изправя се срещу световните гиганти в петролния бизнес – Дженеръл Мотърс, Дюпон и Стандарт Ойл. С цената на кариерата си и научните си постижения, Клеър Патерсън не се отказва. Усилията му биват наградени през 1970 г.., когато в САЩ въвеждат Закон за чистия въздух и спирането на производството на оловен бензин през 1986 г. За жалост, в САЩ оловото не се премахва от интериорните бои и съдовете за храна до 1993 г., –  44 години след Европа.

Хлорофлуоровъглеродите са забранени в САЩ през 1974 г. и в световен мащаб

Що се отнася за другото ни „завещание“ от Томас Мидглей – хлорофлуоровъглеродите – са забранени в САЩ през 1974 г. и в световен мащаб с Монреалския протокол през 1987 г., влязъл в сила през 1989 г. Въпреки забраната за тяхното производство, се оказва, че количеството им в атмосферата не намалява, както се очаква.

Група учени от Бристолския университет изследват дълго нивата на CFC и по-точно CFC-11 (хлорофлуорометани) чрез мониторинг на въздуха от Южна Корея и Япония. Измерванията им сочат, че основните емисии идват от Източен Китай. Агенцията за разследване на престъпления срещу околната среда – ЕIA (Environmental Investigation Agency) се намесва и откриват, че CFC-11 се влага в производството на полиуретанова пяна, използвана в широк потребителски сектор. Благодарение на множеството международни журналистически разследвания, се оказва натиск върху тези вредни емисии, които не са напълно спрени, но драстично намаляват. 

През 2019 г. нивата на хлорофлуоровъглеродите са достигнали тези, измерени през 2013 г. и продължават да спадат. Изследователите са обнадеждени, че по-късно през нашето столетие концентрациите на CFC в атмосферата ще бъдат сходни с тези през 80-те години на ХХ век. 

Всяка човешка дейност оставя своя отпечатък

Всичко, което хората извършват като дейност, има своя отпечатък върху природата и респективно върху климата ни. Климатичните аномалии в последното десетилетие зачестяват: интензитетът на екстремните явления се увеличава, както и загубата на хабитати за растителни и животински видове. Затоплянето на климата благоприятства числеността на популациите от насекоми, които са отговорни за редица опасни болести. Изтъняването на озоновия слой и частичната му загуба на места увеличава риска от прекомерно излагане на UV светлина – заплаха за здравето на хората, растителния и животински свят. Обнадеждаващото е, че промяната в собствените ни навици би допринесла за подобряването на заобикалящия ни свят, колкото и незначителни да изглеждат за нас и околните.