Lahkus mees, kelle ennustus hoidis ära globaalkatastroofi

Marko Kaasik

10. märtsil suri Nobeli keemiaauhinna laureaat Frank Sherwood Rowland. Tänu tema avastusele sai inimkond varakult teada stratosfääri osoonikihi hõrenemise (tuntud ka osooniaugu probleemina) inimtekkelisest põhjusest ja suutis sellele piiri panna õigel ajal enne ränki tagajärgi inimkonna tervisele ja Maa elustikule. F. S. Rowland sündis 1927. aastal Delaware’is Ohio osariigis US As. 1952. aastal kaitses ta doktorikraadi Chicago ülikoolis, töötas seejärel Princetoni ja Kansase ülikoolis ning alates 1964. aastast keemiaprofessorina California ülikoolis. 1970. aastate alguses jõudis ta koos noorema kolleegi Mario J. Molinaga selgusele, et tollal külmkappides ja aerosoolpakendites kasutatud klorofluorosüsinikud (CFCd) lagundavad Maa osoonikihti ja põhjustavad sellega kõigele elusale ohtliku lühilainelise ultraviolettkiirguse tugevnemist. Nende artikkel selle kohta ilmus 1974. aastal prestiižikas loodusteaduste ajakirjas Nature. Osoonikihi hõrenemine iseenesest oli avastatud juba mõni aasta varem, kuid põhjused olid seni jäänud selguseta. 1968. aastal mõõtis Glen Bowen Houstoni ülikoolist (Texas, US A) Päikese ultraviolettkiirgust ja leidis, et see on oluliselt tugevnenud võrreldes 1925. aasta mõõtmistega. Algul peeti seda mõõteriista veaks, kuid kui pärast aparatuuri korduvaid testimisi ja ülemõõtmisi jäi tulemus samaks, avaldati selle seletamata tõsiasja kohta artikkel järgmisel aastal ajakirjas Journal of the American Medical Association.

Osoonikihiks nimetatakse stratosfääris umbes 15–25 kilomeetri kõrgusel paiknevat kihti, milles on suhteliselt palju osooni ehk trihapnikku – kui tavalise hapniku molekul koosneb kahest aatomist, siis osooni molekulis on neid kolm. Niisugune molekul on ebapüsiv, nii et kihi säilimiseks peab neid kogu aeg juurde tekkima. Osoon tekib tavalisest hapnikust ultraviolettkiirguse toimel ja neelab seda ka ise. Nende kahe protsessi tulemusena neelatakse suurem osa Päikeselt saabuvast ultraviolettkiirgusest lainepikkusega alla 315 nanomeetri – see kiirgus tekitab rohkesti päikesepõletust ja geneetilisi väärarenguid. Suuremalt jaolt pääseb osoonikihist läbi pikemalaineline kiirgus, mis päevitab, kuid ei kahjusta nii palju. Nimetus „osoonikiht” on mõnevõrra kujundlik, sest ka nendel kõrgustel on siiski suurem osa hapnikust kaheaatomilisel kujul, kuigi osooni osakaal on palju suurem kui alumistes kihtides. Osoonist õhukeskkonnas rääkides tuleb silmas pidada, et stratosfääris ja maapinnale lähemas troposfääris on sellel erinev tähtsus: osoon vahetult meie elukeskkonnas on saasteaine, mille liiga kõrged tasemed (pahatihti inimtekkelise saaste ja päikesekiirguse koostoimel) kahjustavad inimese, loomade ja taimede tervist. Osoon stratosfääris ei pääse elu mürgitama, vaid vastupidi – loob ohtlikku kiirgust neelates sobiva elukeskkonna Maal. Kurikuulus osooniauk ehk osoonikihi järsk sesoonne hõrenemine leiab aset Antarktikas lõunapoolkera kevadel (meie jaoks sügisel), sest polaartalve jooksul koguneb sealsesse hiiglaslikku peaaegu suletud kõrgrõhukeerisesse ühendeid, mis kevadel päikese tõustes ultraviolettkiirguse toimel järsku lagunevad. Pikkamisi jõuab osoonivaene õhk ka Antarktikast kaugemale lõunapoolkera väiksematele laiuskraadidele.

Klorofluorosüsinikud (Ameerika keemiakompaniis DuPont toodetuna olid need ühendid saanud tootenimetuse „freoonid”, kasutusse võeti need 1928. aastal loodud ühendid esmalt külmutusseadmetes just oma vahetu ohutuse tõttu) on Maa-lähedastes õhukihtides ohutud gaasid. Aeglaselt ülespoole hajudes jõuavad need paarikümne kilomeetri kõrgusele, kus kõik muutub: tugeva ultraviolettkiirguse toimel CFCd lagunevad, tekib vaba kloori aatom, see aga hakkab osooni molekule lagundama nii, et vabaneb ise iga kord uuesti. Sel moel võib üks kloori aatom lõhkuda aja jooksul umbes 100 000 osooni molekuli, enne kui mõnes teises reaktsioonis mingiks püsivamaks ühendiks seotakse. Selle tagajärjel jääb osooni vähemaks ja rohkem ohtlikku lühilainelist ultraviolettkiirgust pääseb läbi. Arvatavalt osoonikihi hõrenemise tõttu on suurenenud nahavähki haigestumiste arv ja saanud kahjustada ookeanide pinnakihi elustik.

Teadlased – ja veelgi enam CFCsid kasutav üldsus – võtsid Rowlandi ja Molina uurimuse algul vastu skeptiliselt. USA teaduste akadeemia siiski tunnustas seda uurimust 1976. aastal ning edasise tegevuse tulemusena keelustati kaks aastat hiljem Ameerika Ühendriikides CFCde kasutamine. Ülemaailmne keeld kehtestati 1989. aastal jõustunud Montrèali protokolliga, mille on nüüdseks ratifitseerinud 196 riiki, sh kõik ÜRO liikmesriigid ja riikideülese organisatsioonina ka Euroopa Liit. Tegemist on ajaloos esimese elukeskkonna kaitse leppega, mis kehtestati teadlaste hoiatava prognoosi põhjal, ilma et katastroofilised tagajärjed oleksid veel ilmnenud. Lisaks on see lepe olnud väga tõhus: nüüdseks on CFCd asendatud osoonikihile ohutute ainetega kõigis tehnoloogilistes protsessides, millest need gaasid võivad välisõhku sattuda, sh aerosoolpakendites ja külmutusseadmetes. Kuna CFCde toime on väga pikaajaline, siis Maa osoonikiht ikka veel hõreneb, kuigi järjest aeglustuvas tempos. Taastumist inimmõjueelsel tasemel on oodata alles 2050. aastaks.

1995. aastal anti Rowlandile, Molinale ja kolmandale osoonikihi hõrenemise uurimisse suure panuse andnud teadlasele, Hollandist pärit ja Saksamaal töötavale Paul Crutzenile üle Nobeli keemiaauhind – üks väheseid Nobeli auhindu keskkonnateaduste valdkonnas. Teaduslikud otsingud oleksid kindlasti viinud osoonikihti lagundavate ainete leidmisele ka ilma Rowlandi avastuseta, kuid see võinuks toimuda aastaid hiljem, mil inimeste tervis ja looduskooslused olnuksid juba palju rohkem kahjustatud.

Rowland ja tema kaasvõitlejad veensid poliitikuid lähtuma ettevaatuse printsiibist: kui oht on teada, kuid selle suurus veel täpselt teadmata, siis tuleb ikkagi kõigi vahenditega ohtu vältida. Ähvardavate globaalsete ohtude puhul on see ainumõeldav toimimisviis. Praegu on inimkond silmitsi palju raskema probleemiga kui ühe kitsas valdkonnas kasutatava ainete klassi asendamine: globaalsete kliimamuutuste pidurdamine eeldab kogu tänapäeva heaolu aluseks olevate fossiilkütuste kasutamise piiramist. Süsinikdioksiidi kui kasvuhoonegaasi soojendav mõju seisneb lihtsas füüsikalises nähtuses – soojuskiirguse neelamises, mis on hästi teada. Teada on ka see, et süsinikdioksiidi mõju kasvuhoonegaasina on Maa atmosfääri püsikomponentidest suurim ja et seda on atmosfääris juba üle pooleteise korra rohkem kui tööstuse eelsel ajal. Täpselt teadmata on veel, kui palju sellesama soojenemise tõttu käivituvad sekundaarsed protsessid seda nõrgendavad või tugevdavad, kuid ettevaatuse printsiibist lähtudes on juba nüüd vaja vähendada fossiilkütuste tarbimist, sest sarnaselt stratosfääriosooniga võtab ka süsinikdioksiidi taseme taastumine aega aastakümneid, isegi kui selle õhku paiskamine äkitselt lakkaks.

Marko Kaasik on TÜ füüsika instituudi õhusaaste modelleerimise vanemteadur.