«Озоновая дыра» над Россией. Чем это нам грозит?

А. Д. Стржижовский[1]

Загрязнение атмосферы продуктами жизнедеятельности человека вызывает разрушение стратосферного озона с соответствующим увеличением интенсивности естественной ультрафиолетовой радиации на поверхности земли. Возникновение «озоновых дыр» (сезонное уменьшение содержания озона вдвое и более) впервые наблюдали в конце 70-х годов над Антарктидой. В последующие годы длительность существования и площадь «озоновых дыр» росли, и к настоящему времени они уже захватывают южные регионы Австралии, Чили и Аргентины. Параллельно, хотя и с некоторым запаздыванием, развивался процесс истощения озона над северным полушарием. В начале 90-х годов наблюдали 20–25 % его уменьшение над Скандинавией, Прибалтикой и северо-западными областями России. И, наконец, в феврале — марте 1995 года службы Роскомгидромета зарегистрировали достигающее 40 % уменьшение содержания озона над Северным Уралом и Сибирью. В отличных от приполярных широтных зонах истощение озонового слоя менее выражено, однако и здесь оно является статистически достоверным (1,5–6,2 % за последнее десятилетие).

Истощение озонового слоя может оказать значительное влияние на экологию мирового океана. Многие из имеющихся в нем систем испытывают стресс уже при существующих уровнях естественной ультрафиолетовой радиации, и увеличение ее интенсивности для некоторых из них может оказаться катастрофическим. В результате воздействия ультрафиолетового излучения у водных организмов нарушается адаптивное поведение (ориентация и миграция), подавляются фотосинтез и ферментативные реакции, а также процессы размножения и развития, особенно на ранних стадиях. Поскольку чувствительность к ультрафиолетовой радиации разных компонент водных экосистем существенно различается, то в результате разрушения стратосферного озона следует ожидать не только уменьшения общей биомассы, но и изменения структуры водных экосистем. В этих условиях могут погибать и вытесняться полезные чувствительные формы и усиленно размножаться резистентные, токсичные для окружающей среды, например, сине-зеленые водоросли.

Эффективность водных пищевых цепей в решающей степени определяется продуктивностью их начального звена — фитопланктона. Расчеты показывают, что в случае 25 % разрушения стратосферного озона следует ожидать 35 % снижения первичной продуктивности в поверхностных слоях океана и 10 % снижения во всем слое активного фотосинтеза. Значимость прогнозируемых изменений становится очевидной, если принять во внимание, что ориентировочная рыночная цена ежегодно продуцируемой фитопланктоном биомассы почти на порядок превосходит национальный валовый продукт всех стран мира. Фитопланктон утилизирует более половины углекислого газа в процессе глобального фотосинтеза, и лишь 10 % снижение интенсивности этого процесса эквивалентно удвоению выброса углекислого газа в атмосферу в результате сжигания полезных ископаемых. Кроме того, ультрафиолетовая радиация подавляет продукцию фитопланктоном диметилсульфида, играющего важную роль в формировании облачности. Последние два феномена могут вызвать долговременные изменения глобального климата и уровня мирового океана.

Из биообъектов вторичных звеньев водных пищевых цепей ультрафиолетовое излучение способно непосредственно поражать икру и мальков рыб, личинки креветок, устриц и крабов, а также других мелких животных. Рыболовство играет исключительно важную роль в обеспечении человечества продуктами питания — оно поставляет более 20 % мирового потребления животного белка, а в азиатских странах, где живет более половины населения земли, — около 40 %. В условиях 10–15 % истощения стратосферного озона прогнозируются 18–30 % увеличение патологии, 9-12 % гибель мальков промысловых рыб и, кроме того, 6–9% снижение улова в результате уменьшения первичной продуктивности мирового океана.

В отличие от водных организмов, высшие растения могут частично адаптироваться к увеличению интенсивности естественной ультрафиолетовой радиации, однако в условиях 10–20 % редукции озонового слоя и у них наблюдаются торможение роста, уменьшение продуктивности и изменения состава, снижающие пищевую ценность. Чувствительность к ультрафиолетовой радиации может существенно различаться как у растений разных видов, так и у разных линий одного вида. Культуры, районированные в южных регионах, более резистентны по сравнению с районированными в зонах умеренного климата.

Из приблизительно 200 тестированных видов растений около 2/3 оказались чувствительными к ультрафиолетовой радиации. Наибольшая чувствительность характерна для растений семейства тыквенных (огурцов, тыкв и дынь), у которых при 20 % редукции озонового слоя потери урожая могут достигать 90 %, и бобовых (гороха, сои) — потери урожая до 25–30 %, наибольшая резистентность — для подсолнечника, хлопчатника и некоторых видов зерновых (кукурузы, риса) — потери урожая около 5 %. Весьма высокой чувствительности можно ожидать у хвойных деревьев. Реакция растений на воздействие ультрафиолетовой радиации существенно зависит от окружающих условий: потери урожая растут в случае выращивания их на хорошо удобренных и орошаемых площадях либо при пониженной освещенности, т. е. в условиях высокоэффективного земледелия.

Очень важную, хотя и опосредованную, роль в формировании продуктивности сельскохозяйственных растений играют почвенные микроорганизмы, оказывающие значительное влияние на плодородие почв. В этом смысле особый интерес представляют фототрофные цианобактерии, обитающие в самых верхних слоях почв и способные непосредственно утилизировать азот воздуха с последующим использованием его растениями в процессе фотосинтеза. Ежегодная глобальная утилизация ими азота воздуха составляет около 35 млн. тонн по сравнению с 30–40 млн. тонн искусственных азотных удобрений, производимых промышленностью. Эти микроорганизмы (особенно на рисовых полях) подвергаются непосредственному воздействию ультрафиолетовой радиации, способной инактивировать ключевой фермент ассимиляции азота — нитрогеназу. Таким образом, в результате разрушения стратосферного озона следует ожидать уменьшения плодородия почв. Весьма вероятным является также вытеснение и отмирание других полезных форм почвенных микроорганизмов, чувствительных к ультрафиолетовой радиации, и одновременное размножение устойчивых форм, часть из которых может оказаться патогенными.

Резистентность высших растений к ультрафиолетовой радиации обусловлена генетически, и при существующих темпах истощения озонового слоя для возникновения генотипических изменений, обеспечивающих адаптацию к повышенным уровням естественной ультрафиолетовой радиации, можех не хватить времени. В связи с этим целесообразно рекомендовать селекцию новых сортов сельскохозяйственных растений на увеличение резистентности к ультрафиолетовой радиации. В настоящее время такими рекомендациями пренебрегают, и наиболее урожайный в США сорт сои последней селекции, например, обладает очень низкой резистентностью.

Для человека естественная ультрафиолетовая радиация является фактором риска уже при существующем состоянии озонового слоя. Реакции на ее воздействие разнообразны и противоречивы. Некоторые из них (образование витамина D, увеличение общей неспецифической резистентности, лечебный эффект при некоторых кожных заболеваниях) улучшают состояние здоровья, другие (ожоги кожи и глаз, старение кожи, катаракто- и канцерогенез) ухудшают его. Значимость возникающих изменений иммунореактивности, проявляющихся в подавлении аллергических реакций кожи, ослаблении способности отторгать раковые клетки и изменении характера протекания и исхода некоторых инфекционных заболеваний, трудно оценить однозначно.

Типичной реакцией на переоблучение глаз является возникновение фотокератоконъюнктивита — острого воспаления наружных оболочек глаза (роговицы и конъюнктивы). Он обычно развивается в условиях интенсивного отражения солнечного света от естественных поверхностей (снежное высокогорье, арктические и пустынные зоны) и сопровождается болевыми ощущениями или ощущением постороннего тела в глазу, слезотечением, светобоязнью и спазмом век. Ожог глаз можно получить за 2 часа в заснеженных зонах и за 6–8 часов в песчаной пустыне.

В период выраженного фотокератоконъюнктивита (1–2 суток) ослабляются способность отслеживать движущиеся объекты, различение и распознавание образов, а также чувствительность глаза к видимому свету. Последний эффект прогрессирует в период после затухания острого воспаления и сохраняется в течение длительного времени. Он обусловлен изменениями в роговице глаза и, вероятно, сопровождается нарушениями темновой и световой адаптации. Опасность ожога глаз в условиях истощения озонового слоя резко возрастает, поскольку при этом возрастает интенсивность той части спектра естественной ультрафиолетовой радиации, которая чрезвычайно эффективна в индукции фотокератоконъюнктивита.

Длительное воздействие ультрафилетовой радиации на глаз может вызвать возникновение катаракты, дегенерацию роговицы и сетчатки, птеригий (разрастание ткани конъюнктивы) и меланому сосудистой оболочки глаза. Хотя все эти виды патологии очень опасны чаще других встречается катаракта, обычно развивающаяся без видимых изменений роговицы и конъюнктивы. В настоящее время в умеренных широтах около 20 % пожилых людей имеют катаракту, в экваториальных зонах их число превосходит 30 %. Всего на планете насчитывается около 20 млн. полностью слепых с катарактой, количество больных с менее продвинутыми формами неизмеримо выше. В отдельных регионах катаракта обусловливает более половины случаев слепоты. Увеличение частоты катаракт считают основным следствием разрушения стратосферного озона по отношению к глазу. На каждый процент разрушения прогнозируется 0,6–0,8 % увеличение частоты катаракт.

В результате переоблучения кожи развивается асептическое воспаление или эритема, сопровождающаяся, помимо болевых ощущений, изменениями тепловой и сенсорной чувствительности кожи, угнетением потоотделения с соответствующим снижением резистентности к высокой температуре и ухудшением общего состояния в случае облучения больших участков тела. В умеренных широтах эритему можно получить за полчаса пребывания на открытом солнце в середине летнего дня. Обычно эритема развивается с латентным периодом 1–8 часов и сохраняется около суток. Величина минимальной эритемной дозы растет с увеличением степени пигментированности кожи, ее значения у негритянского и белого населения различаются более чем на порядок.

Возникновение эритемы в свою очередь вызывает адаптивную реакцию увеличения пигментции и утолщения рогового слоя кожи, повышающую ее резистентность к последующим облучениям. Несмотря на это, многолетнее пребывание на открытом солнце вызывает преждевременное старение кожи: она становится грубой и морщинистой, зудит и шелушится, ее пигментация становится неоднородной вплоть до полного исчезновения на некоторых участках, эластичные волокна дермы становятся ломкими и повреждаются при малейшей травме. Возникающие эффекты необратимы и сопровождаются снижением пороговых доз для эритемы и загара, а также изменениями функциональной активности кожи. Часто этот процесс завершается развитием рака кожи.

Важный вклад в канцерогенный эффект ультрафиолетовой радиации вносит ее иммуносупрессивное действие. Из двух существующих типов иммунитета — гуморального и клеточного — лишь последний подавляется в результате воздействия ультрафиолетовой радиации. Факторы гуморального иммунитета либо остаются индифферентными, либо, в случае хронического облучения в малых дозах, активируются, способствуя повышению общей неспецифической резистентности. Помимо снижения способности отторгать раковые клетки кожи (агрессивность против раковых клеток других типов не изменяется), индуцированная ультрафиолетовой радиацией иммуносупрессия может подавлять кожные аллергические реакции, снижать резистентность к инфекционым агентам, а также изменить характер протекания и исход некоторых инфекционных заболеваний.

Эффект иммуносупрессии не зависит от степени пигментированности кожи, не коррелирует с возникновением эритемы и не предотвращается при использовании солнцезащитных мазей. Кратковременные воздействия в сравнительно малых дозах (порядка недели пребывания на южных курортах) вызывают местный и легкообратимый эффект, для стойкой общей иммуносупрессии необходимы большие дозы и, как правило, хроническое облучение (многие месяцы ежедневного пребывания на открытом солнце).

Помимо увеличения частоты опухолей кожи, в результате разрушения стратосферного озона следует ожидать снижения сопротивляемости населения ряду инфекционных заболеваний. Как минимум, в их число необходимо включить болезни с кожной фазой развития или зависящие от клеточного иммунитета. В качестве примеров следует указать на корь, ветряную оспу, герпес и другие вирусные заболевания с кожной сыпью, индуцируемые через кожу паразитарные болезни типа малярии и лейшманиоза, а также зависящие от клеточного иммунитета туберкулез и некоторые грибковые заболевания. Весьма вероятным является снижение эффективности программ вакцинации населения.

Естественная ультрафиолетовая радиация ответственна за основную часть опухолей кожи, частота которых у белого населения близка к суммарной частоте опухолей всех других типов, вместе взятых. Существующие опухоли кожи подразделяют на два вида: немеланомные (базальноклеточный и плоскоклеточный раки) и злокачественную меланому. Опухоли первого вида преобладают количественно, слабо метастазируют и легко излечиваются. Частота меланом относительно невелика, однако они быстро растут, рано метастазируют и дают высокую смертность. Важнейшей особенностью меланоканцерогенеза является резкое увеличение заболеваемости и смертности в случае прерывистого облучения высокой интенсивности, например, при регулярных поездках слабо пигментированного белого населения в регионы с высокой интенсивностью естественной ультрафиолетовой радиации.

Так же как и для эритемы, для рака кожи характерна четкая обратная корреляция между эффективностью облучения и степенью пигментированности кожи. Частота опухолей кожи у негритянского населения более, чем в 60 раз, у латиноамериканского — в 7-10 раз ниже, чем у белого населения в той же широтной зоне при практически одинаковой частоте опухолей, отличных от рака кожи. Помимо степени пигментированности, факторами риска для возникновения рака кожи являются наличие родинок, пигментных пятен и веснушек, слабая способность к загару, голубой цвет глаз и рыжий цвет волос, а также некоторые наследственные заболевания (альбинизм, пигментная ксеродерма).

В связи с изменением характера поведения населения (интенсификация межрегиональной миграции, увеличение свободного времени, распространение открытого стиля одежды с использованием слабо поглощающих ультрафиолетовую радиацию материалов) как частота возникновения опухолей кожи, так и смертность от них во всем мире растут. Ежегодное увеличение частоты возникновения немеланомного рака кожи в США составляет около 3 %, меланомного — 4 %, смертности от меланомы — 6,7 %. В некоторых регионах Европы и Австралии увеличение частоты возникновения меланом превосходит 10 % в год. Смертность от меланомы в европейских странах возрастает на 4–6% в год, в Канаде — на 6,6 %, в Австралии — на 8,3 %. В СССР за десятилетие с 1970 по 1980 гг. частота опухолей кожи выросла на 13 %, за периоде 1985 по 1986 гг. — более чем на 8 %. В результате истощения озонового слоя прогнозируется дополнительное увеличение частоты возникновения немеланомного рака кожи на 3 %, частоты возникновения меланом — на 1–2 % и смертности от меланомы — на 0,3–2% на каждый процент разрушения озона.

Ультрафиолетовая радиация играет важную роль в обеспечении организма витамином D, регулирующим процесс фосфорно-кальциевого обмена. Дефицит витамина D вызывает рахит и кариес, а также играет важную роль в патогенезе рака предстательной железы, дающего высокую смертность. Существенное увеличение смертности от рака предстательной железы по мере продвижения на север и уменьшения интенсивности естественной ультрафиолетовой радиации зарегистрировано в США. Анализ данных по СССР показывает, что в Прибалтике она в 9 раз выше, чем в Средней Азии и в 4,5 раза выше, чем в Закавказье.

Роль ультрафиолетового излучения в обеспечении организма витаминами D нельзя скомпенсировать за счет потребления его с пищей, поскольку процесс биосинтеза витамина D в коже является саморегулирующимся и исключает возможность возникновения гипервитаминоза. Это заболевание не менее опасно, чем дефицит витамина D, оно вызывает отложение кальция в различных тканях организма с их последующим некротическим перерождением. Кроме того, поступающий с пищей витамин D усваивается значительно хуже синтезируемого в коже.

Необходимая для компенсации дефицита витамина D доза ультрафиолетовой радиации составляет около 60 минимальных эритемных доз в год на открытые участки тела. Для белого населения в умеренных широтах это соответствует ежедневному пребыванию на открытом солнце по полчаса в середине дня с мая по август. Интенсивность синтеза штамина D убывает с увеличением степени пигментированности кожи и, так же как и степень пигментированности, у представителей различных этнических групп может различаться более, чем на порядок. Вследствие этого пигментация кожи может быть причиной недостаточности витамина D у цветных иммигрантов в умеренных и северных широтах. Существует мнение, что естественный отбор по цвету кожи способствовал возникновению белой расы.

Таким образом, естественная ультрафиолетовая радиация может оказывать значительное влияние на здоровье человека уже при существующем состоянии озонового слоя. Так же как и на производстве, ее воздействие на человека необходимо каким-то образом регламентировать. Значимость такого подхода становится еще более очевидной, если принять во внимание, что для многих профессий натурные условия являются также и производственными. Основной задачей, которую необходимо решить на рассматриваемом пути, является определение условий облучения, допускающих максимум оздоравливающего действия при минимуме негативных побочных эффектов. При этом следует учитывать индивидуальную чувствительность к ультрафиолетовой радиации, которая может резко изменяться в зависимости от степени пигментированности кожи и некоторых других этнических признаков, а также наследственных особенностей статуса организма.

Глобальный характер последствий разрушения озонового слоя способствовал объединению усилий мирового сообщества для проведения широкомасштабных исследований динамики атмосферных процессов, выявлению активных озоноразрушающих веществ и ограничения их производства и применения путем международных регламентаций. В результате под эгидой ООН на правительственном уровне были подписаны в 1985 г. Венская конвенция по охране озонового слоя и в 1987 г. Монреальский протокол по озоноразрушающим веществам, предусматривающие постепенное прекращение производства наиболее опасных из озоноразрушающих веществ — фреонов, способных сохраняться в верхних слоях атмосферы до 100 лет после выброса в окружающую среду. Значительно менее эффективными оказались попытки ограничить выброс в атмосферу также разрушающих озон окислов азота, возникающих в процессе сжигания различных видов топлива и интенсификации использования азотных удобрений. Наблюдающееся в настоящее время увеличение степени истощения озонового слоя свидетельствует о недостаточности предпринимаемых усилий по его защите. Во избежание возникновения серьезных экономических и политических проблем необходимо резко снизить выброс в атмосферу разрушающих озон веществ.

Послесловие редакции

Наука видит причину возникновения «озоновых дыр» над Землей в загрязнении атмосферы продуктами жизнедеятельности человека и выход из положения — в прекращении загрязнения. Однако реально ли это? К тому же недостаточно лишь прекратить, необходимо чистить планету. Степень же загрязнения такова, что для этого нет средств и возможностей ни у отдельных стран, ни даже у объединенного человечества. Похоже, что оно уже не сможет справиться с этой проблемой. Где же выход? Есть ли он?

Тем, кто не во всем полагается на науку, предлагаем следующую версию.

Многие читатели «ЦиС», очевидно, помнят «Обращение Высшего Разума Вселенной…» (см. № 1,1994), где, в частности, говорится о том, что до конца столетия озоновый слой вокруг планеты исчезнет, будет убран и жесткое ультрафиолетовое излучение явится тем единственным средством, которое очистит планету. Правда, оно будет губительным для людей, но не для всех, а лишь для тех, кто не перейдет на растительное питание.

Специалисты Центральной аэрологической обсерватории, наблюдающие за состоянием озонового слоя над Россией, отмечают, что ситуация этого года имеет качественно новые черты.

Не есть ли это начало того, о чем нас предупреждали в «Обращении…»?