Тяжелый туман планеты

Метан — важная составляющая часть парниковых газов, обеспечивающих глобальное потепление. Источников этого газа несколько. Прежде всего, метан выделяется при таянии вечной мерзлоты и залежей газогидратов на дне нагревающегося Мирового океана, главным образом в Арктике. Есть техногенный метан: он получается в виде утечек при добыче и транспортировке нефти, природного газа, на установках получения биогаза. А еще есть метан сельскохозяйственный, его источники — рубцы желудков коров и других жвачных, гниение растительных и прочих органических остатков в компостных кучах, на свалках, полях орошения. В общем — всякие анаэробные процессы, где процветают метан-образующие бактерии.

Метан хоть и не реакционноспособен, однако в атмосфере поддается фотолизу, в результате которого образуются разные вещества, в том числе вода и водород. Вода образуется и при горении любой ископаемой органики. Кроме того, из-за глобального потепления и повышения температуры океана растет и содержание водяного пара в атмосфере.

В общем, вывод такой: с начала индустриальной эры, когда стали массово использовать ископаемые углеводороды, а температура планеты поползла вверх, в атмосфере растет содержание водородсодержащих газов. Их-то судьба и представляет интерес.

Фото: Matt Harasymczuk / flickr.com

Атмосферу Земли постоянно бомбардируют частицы космических лучей и солнечного ветра. Главная тяжелая компонента и лучей, и ветра — быстрые протоны. Ударяясь в молекулы веществ атмосферы, они вызывают ядерные реакции, одним из продуктов которых служат нейтроны. Эти нейтроны, попадая в ядра водорода, вызывают их превращение в тяжелые изотопы: дейтроны и тритоны. И чем больше водорода в атмосфере, тем больше вероятность таких реакций.

Из тропосферы в стратосферу, где поток нейтронов ощутим, водяной пар почти не доходит, он конденсируется ниже и выпадает осадками. То есть в гипотетическом образовании изотопов водорода не участвует. А вот засорение стратосферы метаном и водородсодержащими продуктами сгорания самолетного и ракетного топлива должно проявлять себя в виде растущего содержания тяжелого водорода.

Кто-то скажет: «Глупо считать молекулы воды и водорода в атмосфере, их там всегда было не просто много, а очень много». На это есть ответ: естественных молекул углекислого газа в атмосфере тоже немало, несравнимо больше, чем антропогенных, однако все климатологи указывают, что этой малой добавки достаточно, чтобы привести человечество к катастрофе. А раз так, значит, и антропогенная добавка тяжелого водорода не может остаться без следа.

До биосферы дейтерий и тритий доходят в виде пара тяжелой воды, в составе пыли и осадков. Попав в легкие, эти изотопы благодаря изотопному обмену задерживаются в альвеолах. Распад ядра трития убьет клетку, в которой он задержался, да и соседей тоже. Это не страшно, здоровый организм быстро восполняет потерю. Трития в воздухе так мало, что замена части клеток молодыми, вероятно, даже полезна: обновление альвеол снижает тяжесть пневмоний.

А вот дейтерий может накапливаться в организме и именно в легких, ведь через них проходит колоссальный объем воздуха. Тяжелый водород в составе жизненно важных молекул совсем не нужен, он нарушает их функционирование, вызывает сбои в работе клеточной машины. Такие сбои — путь к старению.

До индустриальной эры содержание ядер протия в стратосфере было относительно стабильным. Теперь же их количество растет, растет и содержание тяжелых изотопов. За этим, как видно, неизбежно следует рост числа легочных заболеваний. И не только это. Невидимо для нас тяжелый водород дрейфует по биосфере, нанося ей ежесекундный ущерб в виде нарушений работы клеточных машин; как этот ущерб превращается в экономические потери, никто пока что не собрался посчитать. Однако есть подозрения, что он совсем не мал. И тогда, решив вопрос «кто виноват?», можно перейти к решению вопроса «что делать?».

Многое уже делается под предлогом борьбы с глобальным потеплением. Это, прежде всего, попытки сократить сжигание углеводородов и выбросов метана. Можно попытаться активизировать такую борьбу. Скажем, полностью закрыть авиатуризм и туры в космос, чтобы самолеты и ракеты-носители не доставляли водородсодержащий газ в верхние слои атмосферы, к месту его реакции с космическими лучами и солнечным ветром. Ладно бы это было нужно для дела, но терпеть такое ради чьего-то развлечения…

Свалки, компостные кучи, поля орошения, корма жвачных — все это надо строго контролировать, чтобы не было дефицита азота и кислорода: тогда бактерии, производящие метан, не смогут развиваться. Воздух шахт, загрязненный метаном, нужно очищать от этого газа. Думаю, если каждый специалист осознает важность проблемы, то будет найдено и устранено еще немало утечек этого газа.

Однако есть и более радикальный путь, который не требует вводить столь жесткие ограничения на используемые человеком технологии — защита планеты от действия космических лучей и солнечного ветра с помощью космических экранов. При всей фантастичности, создание подобных экранов для сдерживания глобального потепления вполне серьезно обсуждают в научных лабораториях.

Экран космических лучей надо ставить на такой орите, чтобы он следовал за ночью на Земле. Такой экран лишит зрелища Луны и звезд, однако не помешает дневному свету. Более того, такой экран станет улавливать часть пролетающего мимо Земли солнечного света; если его отражать на планету, удастся создать дополнительный источник ночного света вместо «погасшей» Луны.

Очевидно, что оба экрана надо формировать в космосе, а компоненты изготавливать на орбитальных заводах. Размер можно оценить так: чтобы прекратить глобальное потепление, нужен экран размером с Бразилию, размещенный в точке Лагранжа системы Земля — Солнце. Сырьем же должен послужить либо лунный грунт, либо металл, выплавленный на нашем спутнике. Возить материалы с Земли довольно накладно. Ведь каждый запуск ракеты вносит свой вклад в загрязнение атмосферы теми самыми водородсодержащими газами, для борьбы с которыми и придуман весь проект.

Заметка фенолога

Интересно, что если частицы солнечного ветра, попадающие на защитный экран, использовать для облучения водорода, то получится завод по производству тяжелого водорода — он понадобится при термоядерном синтезе, когда человек отладит реактор. Для этого на экран надо нанести съемное покрытие из водяного льда или парафина, которое будут периодически снимать и отправлять на переработку.