Механизмы вредного воздействия жесткого УФ-излучения

Как и другие ионизирующие излучения, жесткие УФ-лучи характеризуются энергией квантов, достаточной для разрыва не только электростатических, ионных связей между атомами, но и многих ковалентных. Образующиеся при таком разрыве «обломки» молекул со свободными валентными связями, так называемые свободные радикалы, обладают очень высокой химической активностью. Возникая в подвергшейся облучению живой клетке, свободные радикалы активно разрушают многие молекулы, в частности белков и нуклеиновых кислот.

При больших дозах облучения возникает лучевая болезнь — результат нарушения многих биохимических процессов в клетках. Но даже небольшие дозы, не вызывающие симптомов лучевой болезни, могут вызвать как непосредственные, так и связанные с активностью свободных радикалов, нарушения в структуре ДНК. Это означает повышение частоты мутаций в облученных клетках. Мутации происходят в основном в поверхностных клетках, которые непосредственно подвергаются действию облучения. Мутации в клетках тела, соматических, приводят к повышению вероятности их ракового поражения. Для человека жесткое УФ-облучение повышает вероятность заболевания прежде всего раком кожи. Впрочем, свободные радикалы, возникшие под действием УФ-облучения, как и токсические продукты их взаимодействия с различными органическими молекулами клеток в крови, могут с током крови разноситься по всему организму, повышая вероятность возникновения онкологических заболеваний различных органов. А их проникновение в половые железы, вызывая мутации в клетках — предшественниках гамет (яйцеклеток и сперматозоидов), повышает вероятность наследственных заболеваний, в частности различных уродств.

Казалось бы, количество озона в атмосфере очень велико — около 3 миллиардов тонн. Это, однако, ничтожная доля от всей атмосферы. Если бы весь озон атмосферы находился в приземном слое воздуха, то при «нормальных условиях» (давление 1 атмосфера и температура 25 градусов Цельсия) толщина озонового экрана, защищающего Землю от жесткого УФ-излучения Солнца, составляла бы всего около 3 мм. Вместе с тем эффективность озонового экрана очень велика. В частности, специалистами рассчитано, что снижение содержания озона на 1% ведет к такому повышению интенсивности УФ-облучения поверхности, в результате которого количество смертей от рака кожи возрастает на 6-7 тысяч человек в год.

Интересно эту цифру рассмотреть с точки зрения нашего восприятия степени опасности экологических нарушений. Каждый запуск американского космического корабля многоразового пользования системы «Шаттл» уничтожает до 10 миллионов тонн озона, или около 0,3% всего его количества. Значит, это приводит к гибели от рака кожи, по крайней мере, 1000 человек. Однако эта абстрактная тысяча безвестных умерших нам незнакома, их гибель растянута во времени и умирают они в разных странах. В каждом конкретном случае нельзя сказать, что рак кожи у данного больного был вызван именно повышенным УФ облучением. И эта тысяча умерших не вызывает у нас той сильной эмоциональной реакции, какую вызвало в свое время известие о гибели 6 американских астронавтов при одном из запусков «Шаттла», сопровождавшееся к тому же многократным показом видеозаписи нарыва корабля через несколько десятков секунд после старта. Конечно, гибель этих шести отважных людей — страшная трагедия. Но еще большая трагедия — наше равнодушие к мучительной смерти тысячи людей, погибающих после каждого удачного запуска «Шаттла». Мы ведь не знаем, кто именно и в какой стране погиб из-за того, что твердотопливные ускорители ракетной системы выбросили прямо в озоновый слой свои 187 тонн хлора (см. статью «Влияние различных загрязнителей атмосферы на озон«).

Впрочем, тысячи ежегодных жертв автомобильных аварии стимулируют не отказ от автомобилей, а интенсивные разработки в области автомобилестроения и организации дорожной сети, направленные на повышение безопасности. Ничто не дается даром. Однако слишком часто платой за технический прогресс оказываются человеческие жизни, и мы достаточно привыкли к этому, уделяя слишком мало внимания безопасности людей. Опасность истощения озонового экрана имеет, однако, неприятную особенность. Она заключается в том, что повышение частоты мутаций у людей, одной из причин которой является увеличение интенсивности ультрафиолетового облучения, может достигнуть порога, за которым последует необратимое вырождение человека как биологического вида. Такая же опасность в свое время заставила людей принять соглашение о прекращении ядерных испытаний (см. статью «Ядерная энергия и радиоактивность«) в воздухе, на земле и на воде.

Разрушение озонового слоя связано и с другими проблемами глобальной экологии. В частности, повышение интенсивности ультрафиолетового облучения поверхности Земли может повлиять и на интенсивность эволюционных процессов. Мутагенная активность УФ-излучения влияет ведь не только на человека. Все виды наземных растений и животные, ведущие дневной образ жизни, подвергаются его воздействию. Повышение частоты мутаций не проходит бесследно для видов, входящих в состав наземных экосистем. Для видов многочисленных повышение частоты мутаций может, ценой гибели особей, получивших мутации летальные или сублетальные, создать дополнительные возможности приспособления и размножения генетических линий, получивших мутации, случайно оказавшиеся положительными. Однако множество видов в современной ситуации уже находятся на грани исчезновения или снижают численность до опасного уровня. Поскольку абсолютное большинство мутаций нарушают приспособленность видов к условиям их существования и тем самым снижают выживаемость, вероятность исчезновения для многих видов может повыситься. Это обострит проблему сохранения биоразнообразия.

Ультрафиолетовое облучение облегчает многие химические реакции, а некоторые из них могут идти только при такой активации. В тех случайных по составу смесях вредных и относительно безопасных газовых примесей, которые возникают в воздухе промышленных городов, под действием жесткого УФ-облучения могут синтезироваться очень токсичные вещества, способные обострить и проблему загрязнения воздушного бассейна, а попадая в воду — проблему загрязнения вод. Вероятность таких событий не может пока считаться достаточно точно установленной, но она и не может быть отвергнута без специальных исследований.

Все глобальные экологические проблемы взаимосвязаны, и ни одна из них не должна рассматриваться в изоляции от других. Решать их придется более или менее одновременно, даже если острота какой-то одной будет казаться несопоставимой с другими и требовать самых срочных действий.

Необходимо срочно принимать меры к охране озонового слоя: разрабатывать безвредные хладагенты, способные заменить фреоны в промышленности и быту, экологически безопасные двигатели самолетов и космических ракетных систем, разрабатывать технологии, уменьшающие выбросы окислов азота в промышленности и на транспорте. Существующие международные соглашения по озону. Венская международная конвенция по охране озонового слоя и Монреальский протокол, обязывающий подписавшие его государства вести работу в конкретных направлениях, пока недостаточно эффективны. Еще недостаточно осознана людьми эта опасность, еще мало талантливых исследователей и инженеров работают в этой области. А время не ждет.

Озон, трехатомная форма кислорода, образуется в верхних слоях атмосферы под действием жесткого (коротковолнового) ультрафиолетового излучения Солнца. Благодаря способности задерживать это излучение озон создает экран, защищающий все формы жизни на суше, включая человека, от канцерогенного и мутагенного действия УФ-излучения. Загрязнение воздуха хлором и его соединениями, резко усилившееся с развитием холодильной техники на фреонах, а также выбросами двигателей высотной авиации и ракет с твердотопливными двигателями, ведет к прогрессирующему ослаблению озонового слоя. Для преодоления этой опасности необходимы согласованные действия всех развитых стран по разработке новых, безопасных для озонового слоя технологий в промышленности и транспорте, включая ракетную технику.