Занимательное дождеведение. Дождь в истории, науке и искусстве - Синтия Барнетт

Конечно, никакой странный дождь не мог быть таким коварным, как токсичные черные струи, падающие с загрязненного неба. Но один все же появился: свежий и на вид чистый дождь, который тоже окажется ядовитым.

* * *

Не приходится удивляться тому, что кислотный дождь впервые обнаружился в хмуром небе над Манчестером. Английский химик Роберт Ангус Смит был первым британским инспектором по щелочам (иными словами, наблюдателем за загрязнением воздуха). В 1852 году он выявил связь между загрязнением воздуха сажей в Манчестере и зафиксированным высоким уровнем кислотности в осадках. Двадцать лет спустя Смит описал проблему «кислотного дождя» в 600-страничной книге. Почти столетие никто не обращал на нее ни малейшего внимания. Кислотный дождь не имеет ни явного вкуса, ни запаха, ни каких-либо выраженных особенностей. Вред, который он наносит экосистемам, а также древним статуям и строениям, многие годы остается незаметным. В 1960-е годы причиненный ущерб начал проявляться на горном массиве Шварцвальд в Германии. Ученые обнаружили в знаменитом «черном лесу» метастазы «тяжелой формы рака дерева».

За десять лет в лесу погибла треть хвойных деревьев. Половина оставшихся были почти мертвы. «Вместо сочной темно-зеленой листвы, которая дала Шварцвальду его название, на многих деревьях теперь лишь чахлые желтовато-бурые иголки», – написал один исследователь. Повреждены были также половина буков и половина дубов. Вязы умирали в возрасте 60 лет, а не в свой обычный жизненный срок, составляющий 130 лет. Пресноводные потоки в лесистых горных районах Германии тоже страдали от кислотности. Некоторые реки стали настолько токсичными, что рыба из них полностью исчезла.

Кислотный дождь – точнее, любая кислота, циркулирующая в воздухе во время дождя или в солнечную погоду, – образуется примерно так же, как былые густые туманы в Лондоне. Но вместо дыма, который мы можем увидеть, его загрязняющие вещества представляют собой невидимые газы, недоступные нашему взору. Когда промышленные дымовые трубы выбрасывают ввысь диоксид серы и оксиды азота, эти химические газы реагируют с солнцем, водой и другими элементами, образуя крохотные капли серной и азотной кислот. Эти капельки, в свою очередь, соединяются с облаками. (При таком своего рода непреднамеренном засеве облаков ученые обнаружили, что в воскресенье загрязняющие вещества выпадают в виде осадков с большей вероятностью, чем в понедельник – так и есть, вам это не кажется. В будни атмосферу заполняет столько загрязняющих веществ с промышленных предприятий и из автомобильных выхлопов, что они сливаются в большие облака. Подобно людям, которые с понедельника по пятницу трудятся на работе или в школе, к выходным облака достигают насыщения и готовы рвануть на волю.)

Ветер теперь разносит кислоты по атмосфере. Кислотный дождь не признает географических границ – он часто уходит далеко от своего источника. Одно исследование выявило высокую концентрацию летучих загрязняющих веществ, предположительно из американских промышленных центров, в шестистах пятидесяти километрах от Восточного побережья США над Атлантическим океаном. Попадая обратно на Землю, кислотный дождь перемещается по почве, деревьям, другим растениям и пресным водоемам, запуская каскад вредоносных явлений в экосистемах.

Пока ученые, работавшие в Шварцвальде, гадали, из-за чего гибнут деревья и озера, их коллеги на северо-востоке США, в Канаде, Скандинавии и других регионах Европы тоже увидели раковые опухоли в лесах и пресных водоемах. В число наиболее пострадавших территорий попали горы Адирондак в штате Нью-Йорк и южная Норвегия, где сотни озер остались без рыбы. Все «горячие точки» оказались возвышенностями, хорошо увлажняемыми дождем и снегом, расположенными с подветренной стороны от промышленных поясов с электростанциями, плавильными печами и большими городами. Среди других американских очагов – долина реки Огайо, Скалистые горы, хребет Грейт-Смоки-Маунтинс, отдельные районы Висконсина и Миннесоты, Тихоокеанский Северо-Запад и Пайн-Барренс в штате Нью-Джерси.

Кислотность и щелочность измеряются, как известно, по шкале pH в диапазоне от 0 до 14. Ноль – это предельно кислая среда, аккумуляторная кислота. Четырнадцать – чистая щелочь, жидкость для очистки труб. Только дистиллированная вода имеет нейтральное значение pH, равное 7, – это и есть «чистейшая» вода профессора Сабатини, над которой мы, по иронии судьбы, изгаляемся как хотим.

Самый чистый дождь уже слегка подкислен диоксидом углерода, который естественным образом присутствует в воздухе. «Чистая» дождевая вода имеет pH около 5,6. Каждое целое число означает десятикратное усиление, поэтому pH 4 в десять раз кислее 5, а pH 3 – в сто раз кислее 5. Большинство рыб не выживает в воде с кислотностью ниже pH 5.

В 1960-е годы американские ученые, бравшие пробы дождевой воды в Белых горах Нью-Хэмпшира, удивились, обнаружив дождь с pH 4 на тихой экспериментальной лесной станции в Хаббард-Бруке, вдали от каких-либо дымовых труб. Экологи Ф. Герберт Борманн из Йельского университета и Джин Лайкенс из Корнелла далее стали проверять дождевую воду по всему северо-востоку и обнаружили очень низкие уровни pH – вплоть до 2,1. В статье, опубликованной в 1974 году в журнале Science, Борманн и Лайкенс связали случаи гибели лесов и рыбы в США, Канаде и Европе, наряду со многими другими экологическими последствиями, которые они наблюдали или предполагали, с кислотным дождем, рассеиваемым на большие расстояния при сжигании ископаемого топлива.

Они забили тревогу именно в тот момент, когда Конгресс США рассматривал вопрос о смягчении контроля над загрязнением окружающей среды по Закону о чистом воздухе 1970 года в ответ на тогдашний энергетический кризис. Вместо этого Соединенные Штаты и Европа встали на долгий путь к очистке дождя. Регулирование – особенно новая программа торговли квотами, которая позволяет угольным электростанциям покупать и продавать квоты на выбросы, – помогло более чем наполовину сократить выбросы диоксида серы в атмосферу. Двадцать пять лет назад ежегодно в американское небо его улетало 18,9 миллиона тонн. Сегодня эта цифра значительно ниже правительственной квоты, составляющей 8,9 миллиона тонн. В местах, наиболее подверженных кислотным дождям, таких как долина реки Огайо, pH дождевой воды постепенно вновь увеличивается по сравнению с прежними значениями ниже 4.

Хотя многие, кто помнит кризис с кислотными дождями, считают его «решенным», ученые, которые исследуют кислотность в процессе перемещения по воздуху и экосистемам, говорят, что эта проблема по-прежнему актуальна, а последствия ее гораздо обширнее, чем представлялось поначалу. Кислотный дождь так сильно изменил почвы в чувствительных к нему регионах страны, что деревья остаются более уязвимыми по отношению к заморозкам, заболеваниям, вредителям и засухам. Лесничие полагают, что эта слабость привела к обширному вымиранию красных елей по всему востоку США и сахарных кленов в Пенсильвании. Озера в горах Адирондака восстанавливаются, но 132 из них остаются кислотными. В штате Нью-Джерси на той же экспериментальной лесной станции в Хаббард-Бруке дождь за последние сорок лет стал менее кислотным. Но все равно он в десять раз кислее природного дождя.

«Да, мы добились значительных улучшений, и сейчас ситуация гораздо безопаснее, чем сто лет назад и пятьдесят лет назад, – сказал мне профессор Сабатини. – Но, глядя на дождь, не скажешь, что он чистый». Так обстоит дело потому, что дождь всегда возвращает то, что мы выбрасываем в атмосферу. Налицо и другой факт: несмотря на уменьшение выбросов и кислотных дождей в США, Канаде и Европе, они растут в других регионах мира. На юге Китая стоическая статуя Будды в Лэшане, высеченная в скалах провинции Сычуань в VIII веке, постепенно подвергается коррозии. Лицевая сторона этой самой большой старинной статуи в мире испещрена серыми слезами кислотного дождя. В начале столетия Китай обогнал США, выйдя на первое место в мире по объему выбросов диоксида серы, а в 2010 году на второе место вслед за Китаем вышла Индия. Борьба с загрязнением окружающей среды помогла Китаю начать сокращение выбросов; в Индии же количество выбросов растет в условиях быстрого экономического развития, использования ископаемого топлива и слабого регулирования.