Углекислый газ как начало жизни и ее финал.

«…Это снаряд-ракета из стекла в дубовой обшивке, заряженный под давлением в семьдесят две атмосферы жидкой углекислотой… Всякое живое существо, находящееся в пределах тридцати метров от места взрыва, должно неминуемо погибнуть от этой леденящей температуры и удушья… Целый океан углекислоты затопит город!..»

Таким способом злобный маньяк герр Шульце намеревался расправиться со свободным и демократическим городом Франсевиллем, о чём поведал читателям Жюль Верн в романе «Пятьсот миллионов бегумы» вместе со своим соавтором — публицистом и активным деятелем Парижской коммуны Паскалем Груссе (Андре Лори) более 130 лет назад.

Роман конечно же фантастический, но в нём Жюль Верн фактически предсказал появление боевых отравляющих веществ, точно так же, как — в других романах — подводных крейсеров, электромобилей, средств беспроводной связи и множества прочих свершившихся технических открытий.

Некоторые его литературные гипотезы не сбылись и никогда не сбудутся: при помощи пушки на Луну люди летать не станут (хотя для заброски на орбиту автоматических станций этот способ, возможно, когда-нибудь пригодится), гигантские плавающие острова строить вряд ли возьмутся, да и в недрах вулканов не будут искать застывшие на уровне мезозоя затерянные миры. Но вот с предположением по поводу углекислого газа у великого фантаста получилась воистину удивительная неоднозначность.

С одной стороны, в качестве оружия двуокись углерода никто никогда не применял и применять не будет. Люди изобрели намного более эффективные вещества массового уничтожения собратьев.

С другой — перспектива больших городов оказаться затопленными океанами углекислоты сегодня выглядит отнюдь не фантастической.

И отчасти такое уже происходит.

Углекислый газ CO₂ входит в состав земной атмосферы. Его средняя концентрация в воздухе составляет около 0,035%, или 350 ppm — миллионных долей (parts per million). Геохимические исследования показали, что примерно такой уровень — в пределах нескольких сотых долей процента — остаётся неизменным уже сотни тысяч лет. Тем не менее некоторые его колебания вокруг средней величины всё же происходят. Исторически они связаны с фазами глобальных потеплений и похолоданий, но как именно — достоверно пока не установлено. Научные споры об этом очень напоминают классическую дискуссию о первородстве курицы и яйца.

Одни учёные полагают, что именно увеличение в атмосфере содержания CO₂, которое происходит в результате активной вулканической деятельности или глобальных катаклизмов вроде падения крупных небесных тел, вызывавших гигантские пожары, становится первопричиной потеплений. Углекислый газ, препятствуя отражению в пространство солнечного тепла, усиливает парниковый эффект и повышение среднеземной температуры. Другие, напротив, утверждают, что как раз в результате потепления из Мирового океана высвобождается огромное количество растворённой в воде двуокиси углерода, словно из нагретого шампанского. А когда наступает фаза похолодания, океан вновь поглощает CO₂, и его концентрация в атмосфере снижается.

Как бы то ни было, замеры показывают, что с 1970-х годов количество двуокиси углерода в воздухе ежегодно возрастает на 1,5 ppm. И вновь мнения климатологов на этот счёт разделились. Некоторые склонны считать, что в происходящие на Земле глобальные климатические изменения существенным образом вмешался антропогенный (человеческий) фактор. Возражать тут сложно: сжигание в огромных количествах углеводородов и массовая вырубка лесов не идут на пользу ни природе в целом, ни человеку в частности. Однако другие учёные справедливо указывают, что в сравнении с космическими процессами влияние человека пока ещё не слишком значительно.

Но вот атмосфера мест массового человеческого обитания — городов, и особенно мегаполисов, действительно формируется при непосредственном нашем участии. Во второй половине прошедшего века концентрация CO₂ в сельской местности составляла те самые «среднеземные» 350 ppm, в небольших городах 500 ppm, в крупных промышленных центрах 600—700 ppm. И это, однако, не стало пределом.

Долгое время углекислый газ не рассматривался как токсичный. В самом деле, он присутствует в тканях и клетках живых организмов и участвует в процессах метаболизма. Более того, дефицит углекислого газа может стать причиной возникновения множества заболеваний эндокринной, нервной, сердечно-сосудистой систем, органов пищеварения и костно-мышечного аппарата. В то же время известно, что значительное (в десятки раз) повышение содержания в воздухе CO₂ вызывает резкое ухудшение самочувствия, а концентрация более 5% (50 000 ppm) становится для человека смертельной.

Где же находится тот предел, до которого мы можем не беспокоиться о состоянии своего здоровья? Вопрос актуален, поскольку большую часть жизни современный человек, и прежде всего городской обитатель, всё же проводит в помещениях, микроклимат и атмосфера которых существенным образом отличаются от условий открытого пространства.

Как ни странно, в СССР и в России до самого последнего времени исследования о влиянии невысоких концентраций CO₂ на здоровье человека почти не проводились. Единственная работа, упоминаемая ныне, — статья О. В. Елисеевой «К обоснованию ПДК двуокиси углерода в воздухе», опубликованная в журнале «Гигиена и санитария» в 1964 году. В статье, в частности, сказано, что углекислый газ становится вреден, только если его концентрация превышает 5000 ppm.

Зато такие исследования весьма активно велись за рубежом. Например, обследование, проведённое в Великобритании, показало, что при концентрации диоксида углерода выше 1000 ppm внимание человека снижается на 30%. При уровне выше 1500 ppm четыре пятых испытуемых начинали быстро испытывать чувство усталости, а при 2000 ppm две трети из них теряли способность сосредотачиваться. Практически все (97%), кто страдал время от времени мигренью, заявили, что головная боль у них начинается уже при уровне 1000 ppm. Такие же или весьма близкие результаты были получены в Финляндии, Венгрии, США и других странах.

Ещё более тревожные данные принесло масштабное международное исследование, проведённое по инициативе Европейского респираторного общества в школах Франции, Италии, Дании, Швеции и Норвегии. Оно показало, что в учебных заведениях, где концентрация CO₂ в классах превышала 1000 ppm, подверженность учащихся заболеваниям респираторных органов повышалась в 2—3,5 раза. Правда, здесь необходимо сделать уточнение. Высокое содержание углекислого газа в помещениях свидетельствовало прежде всего о том, что они плохо вентилировались. А значит, в воздухе школьных классов могли находиться и другие провокаторы заболеваний: бактерии, вирусы, летучие органические вещества. Тем не менее исследователи проблемы пришли к заключению, что безопасный уровень CO₂ в помещении не должен превышать 1000 ppm. В Европе и США в связи с этим довольно быстро были пересмотрены и изменены стандарты, предъявляемые к состоянию воздушной среды жилых и рабочих помещений. Теперь помимо температуры, влажности, запылённости, предельно допустимых концентраций потенциально вредных веществ в них включены показатели содержания CO₂. Согласно этим стандартам, максимально допустимое значение уровня CO₂ в учебных, офисных и жилых помещениях составляет 1000 ppm. А в школах Департамент здравоохранения США рекомендует поддерживать уровень углекислого газа не выше 600 ppm. Кроме того, существует ещё одна норма: воздух в помещениях по содержанию CO₂ не должен отличаться от наружного более чем на 350 ppm. Теоретически обеспечить такое соотношение должны системы вентиляции и кондиционирования.

Всегда ли это возможно? К сожалению, нет. В рабочих зонах промышленных производств содержание в воздухе диоксида углерода намного выше. Например, в «горячих» цехах или в шахтах. И никакими разумными и экономически приемлемыми способами снизить его нельзя. В России гигиенические нормативы, введённые в 2006 году, определяют разовую ПДК CO₂ для воздуха рабочей зоны в 13 710 ppm, а среднесменную — 4597 ppm (для сравнения: в США эти нормы составляют соответственно 30 000 и 5000 ppm). В шахтах — 5000 ppm.

В офисах проще. Углекислый газ в помещениях образуется лишь как продукт жизнедеятельности человека, который выдыхает в 100 раз больше CO₂, чем вдыхает. Потребляя около 30 литров кислорода в час, каждый из нас выделяет 20—25 литров углекислого газа.

В принципе, чтобы воздух оставался чистым, достаточно наладить обмен с внешней атмосферой из расчёта 30 м³ в час на одного человека. Такие исходные данные закладываются при проектировании вентиляционных систем служебных, а также жилых помещений, которые и должны обеспечить те самые комфортные 600 ppm и не более. Хотя насчёт комфортности этого уровня некоторые исследователи высказывают весьма серьёзные сомнения. Например, англичанин Д. Робертсон утверждает, что существующая на Земле фауна, в том числе и человек, формировалась в определённой температурно-газовой среде, в которой содержание диоксида углерода не превышало 300—350 ppm. По расчётам Робертсона, которые он опубликовал в журнале индийской Академии наук, максимальный безопасный для человека уровень CO₂ равен 426 ppm. Поэтому когда концентрация углекислого газа в атмосфере планеты достигнет этой величины (а такое может произойти примерно лет через 50), человечество не то чтобы вымрет, но здоровье значительной его части серьёзно ухудшится. Это, конечно, личное мнение Робертсона, однако стоит о нём хотя бы на всякий случай помнить…

***

В 2007 году доктор медицинских наук Ю. Д. Губернский (Институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А. Н. Сытина РАМН) и кандидат технических наук Е. О. Шилькрот (ОАО «ЦНИИПромзданий) провели исследования воздушной среды в московских офисах и на улицах столицы. Результаты шокировали. При том что измерения проводились далеко не в самые неблагополучные с точки зрения метеорологической обстановки дни, уровень углекислого газа на улицах составлял 1000 ppm. А в офисах концентрация CO₂ достигала 2000 ppm и даже выше.

Как быть? Да никак. Тех самых 30 кубометров воздуха достаточно, если за окнами шумит хвойный лес. При наружной концентрации диоксида углерода 600 ppm нужно уже не 30 кубов, а 80; при 800 ppm — 150—200 и так далее. А зимой эти кубометры к тому же ещё нужно подогревать. Так что для очищения атмосферы всех служебных помещений хотя бы до уровня 1000 ppm у города просто не хватит энергии. Кстати, в жилищах москвичей, особенно тех, что расположены в центре, ситуация ненамного лучше.

Не стоит сомневаться, что точно в таком же положении находятся жители любого крупного города современной России.

Понятно, что для изменения ситуации локальных, «точечных» мер недостаточно.

В штате Калифорния в 1997 году (за шесть лет до того, как в губернаторское кресло сел кинокумир миллионов Арнольд Шварценеггер) была разработана специальная программа снижения промышленных выбросов CO₂. И отнюдь не ради борьбы с глобальным потеплением (США до сих пор не ратифицировали Киотский протокол об ограничении выбросов парниковых газов), но исключительно ради блага собственных граждан.

Возможно, кому-то из наших читателей эта информация уже известна из публикаций в других изданиях. Но не повторить её нельзя, потому что Калифорния стала уникальным и пока единственным в мире полигоном по снижению выбросов именно CO₂ в пределах довольно значительной территории.

В рамках этой программы каждая дымовая труба была оснащена газосчётчиками, определены возможности снижения выбросов для данного предприятия и типа производства, а также установлен средний процент снижения. Для тех, кто превышал установленный объём выбросов, введены очень серьёзные штрафы. Зато те предприятия, которые сумели работать с опережением, снижая выбросы «сверх плана», получили возможность торговать сэкономленными квотами, продавая их тем, кому грозит штраф. Система заработала быстро. В настоящее время количество выбросов ежегодно стабильно снижается, да и квоты распродаются на два года вперёд.

В конце 1990-х годов родились понятия «зелёное строительство», «зелёные стандарты». Означали они разработку технологий массового строительства и обустройства человеческого жилья с максимальным жизненным комфортом. И под комфортом в данном случае имелись в виду не джакузи и домашние роботы, а экологичность среды обитания. Человека не должно убивать собственное жилище, что происходило у нас в «фенольных» домах и квартирах, где отделочные материалы постоянно выделяли канцерогены. Он не должен становиться инвалидом в результате регулярных прогулок по задымлённым, отравленным улицам. В настоящее время «зелёные стандарты» широко используются Европейским союзом, Северной Америкой, Австралией, странами Азии и начинают применяться на Среднем Востоке и в Латинской Америке.

Вот и у нас в 2003 году вступил в силу закон «О техническом регулировании», направленный на повышение безопасности и комфортности жизни российских граждан. Закон был принят, но, к сожалению, пока не работает, потому что к нему необходимо разработать около 500 технических регламентов. Предполагалось, что это будет сделано к 2010 году. А все прежние ГОСТы и СНиПы (строительные нормы и правила), давно морально устаревшие, поскольку создавались десятки лет назад на основе технологий того времени и сегодня тормозят практически любое строительное или бытовое новшество (вплоть до нанотехнологических шедевров), были переведены из обязательных к исполнению в рекомендательные. За исключением тех, которые непосредственно гарантируют безопасность жизни и здоровье людей. Новые стандарты по нормам содержания CO₂ в России были утверждены в 2008 году – они точно такие же, как в Европе. Но они не станут законом, обязательным к исполнению, пока не превратятся в технические регламенты. Когда это произойдёт, сказать трудно, поскольку к настоящему времени, по данным Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт), технических регламентов принято всего 27.

Почему это произошло и куда были потрачены деньги — тема совсем другой статьи. Суть в том, что ждать того дня, когда жители больших городов комфортно и счастливо заживут по «зелёным стандартам», придётся ещё очень долго. Потому и проблема избыточного количества углекислого газа для России ещё не проблема — пока регламента нет, её вообще как бы не существует. Однако делать-то что-то надо. Есть регламент или нет его, желания жить подольше и по возможности сохраняя здоровье от этого не убавляется. Так что же?

Самый радикальный выход — полная герметизация квартиры с устройством выходного шлюза и систем поглощения углекислоты (адсорбционные фильтры которых потребуют периодической замены). То есть превращение квартиры в подводную лодку или космический корабль. Подобное, разумеется, возможно только на уровне устройства подземного бункера ставки верховного командования и для городского жилья не годится.

Столь же радикальный, но несколько более реальный вариант — немедленно бежать из городов и заняться разведением овощей и домашних животных в сельской местности. Увы, подавляющее число горожан этим вариантом, скорее всего, пренебрежёт, что вполне объяснимо.

Разумеется, в определённой степени помогут современные системы вентиляции и кондиционирования воздуха. Как бы там ни было, без них намного хуже, чем с ними.

Специалисты предупреждают: установка пластиковых окон, вошедших у нас в моду в то самое время, когда в Европе они из моды решительно выходили, лишает помещение естественной вентиляции. Замечательные пластиковые окна не пропускают шум, пыль — они вообще ничего не пропускают, в том числе и свежий воздух снаружи, а углекислый газ вовне. Увы, наши старые отечественные деревянные рамы, которые перекашивались от дождя, которые перед наступлением зимы нужно было всякий раз конопатить и заклеивать, а весной всей семьёй дружно отмывать, чистить и красить, по экологичности дадут вперёд тысячу процентов красивым и удобным пластиковым переплётам, по наличию которых профессиональные квартирные воры судили о благосостоянии квартировладельца, выбирая объекты для налётов.

Прочие рекомендации привычны, потому понятны: проветривать спальню перед сном, больше находиться на природе, стараться не покидать свой дом во время неблагоприятного состояния городской атмосферы и так далее. Однако частотой проветриваний проблемы не решить, покуда источником излишков CO₂ для каждого обывателя остаётся сам город.

Главные производители диоксида углерода в любом мегаполисе — промышленные предприятия и транспорт. Но если выбросы фабрик и заводов можно заблокировать, нейтрализовать очистительными системами и технологиями, то с бензиновыми экипажами поделать ничего нельзя. Из автомобильных выхлопов можно отфильтровать тетраэтилсвинец, сернистые составляющие — всё что угодно, кроме углекислого газа. Нет, в принципе можно и с ним справиться, однако тогда цена автомобиля поднимется до уровня стоимости маленького самолёта. Или даже не очень маленького.

Многие города мира задолго до появления евростандартов на предельную токсичность выхлопов — Евро-1, Евро-2 и далее — проблему загазованности решали одновременно с решением проблемы пробок. Закрывали целые кварталы для движения личных автомобилей (Лондон, Стокгольм и др.), вводили ограничения на поездки по принципу «чётные регистрационные номера по чётным дням, нечётные по нечётным» (Нью-Йорк, Мехико и т.д.). Назначали въездную плату в центральную часть и огромные штрафы за парковку в неположенном месте. Ну и всякое другое. Меры эти неизменно давали положительные результаты.

В России — увы! — всё перечисленное, видимо, неприемлемо. В каждом большом городе у нас проживает много граждан, которым никто ничего уже не может запретить. Да и не хочет. И не будет, даже если работающего на улицах запретителя в служебной форме к тому обяжут.

Собственно, вот и всё. На этом рассказ о сегодняшней реальности кончается.

Переходим снова к фантастике.

Если весь городской транспорт, а в первую очередь личный, вдруг станет электрическим, воздух в Москве и Санкт-Петербурге, Ростове и Челябинске, Магнитогорске и Владивостоке вновь сделается почти таким чистым, каким был в светлые годы основания этих людских поселений и некоторое время после этого.

Специалист по системам кондиционирования и вентиляции Б. Буцев, который, кстати, сейчас занимается разработкой новых «зелёных стандартов» в части экологии жилища, нарисовал такую картину:

«По городу мы катаемся на аккумуляторах — поездки-то относительно короткие, не более 100 км в оба конца. А на дачу добираемся уже по-другому. Выезжаем на трассу и присоединяемся токосъёмниками машины к металлической сетке, натянутой над асфальтом. Такие аттракционы — электрокары с токосъёмниками в манеже под металлической сеткой — были и есть в каждом парке культуры и отдыха. Едем сколь угодно долго до съезда с трассы в свою деревню. Там сворачиваем и снова движемся на аккумуляторах. Перед возвращением аккумуляторы можно подзарядить и — вперёд! В городскую квартиру! На службу!»

Фантастика? Конечно. Но Жюль Верн тоже писал свои произведения, не особо рассчитывая на то, что литературный вымысел когда-нибудь воплотится в реальность.

И всё же такое с его фантастическими идеями отчасти произошло…

Борис РУДЕНКО