Механізми шкідливого впливу жорсткого УФ-випромінювання

Як і інші іонізуючі випромінювання, жорсткі УФ-промені характеризуються енергією квантів, достатньої для розриву не тільки електростатичних, іонних зв’язків між атомами, а й багатьох ковалентних. Утворені при такому розриві «уламки» молекул з вільними валентними зв’язками, так звані вільні радикали, володіють дуже високою хімічною активністю. Виникаючи в що зазнала опромінення живій клітині, вільні радикали активно руйнують багато молекули, зокрема білків і нуклеїнових кислот. 

При великих дозах опромінення виникає променева хвороба – результат порушення багатьох біохімічних процесів в клітинах. Але навіть невеликі дози, що не викликають симптомів променевої хвороби, можуть викликати як безпосередні, так і пов’язані з активністю вільних радикалів, порушення в структурі ДНК. Це означає підвищення частоти мутацій в опромінених клітинах. Мутації відбуваються в основному в поверхневих клітинах, які безпосередньо піддаються дії опромінення.
Мутації в клітинах тіла, соматичних, призводять до підвищення ймовірності їх ракового ураження. Для людини жорстке УФ-опромінення підвищує ймовірність захворювання насамперед раком шкіри. Втім, вільні радикали, що виникли під дією УФ-опромінення, як і токсичні продукти їх взаємодії з різними органічними молекулами клітин у крові, можуть з потоком крові розносяться по всьому організму, підвищуючи ймовірність виникнення онкологічних захворювань різних органів. А їх проникнення в статеві залози, викликаючи мутації в клітинах – попередниках гамет (яйцеклітин і сперматозоїдів), підвищує ймовірність спадкових захворювань, зокрема різних каліцтв.

Здавалося б, кількість озону в атмосфері дуже велике – близько 3 мільярдів тонн. Це, однак, мізерна частка від всієї атмосфери. Якби весь озон атмосфери знаходився в приземному шарі повітря, то при «нормальних умовах» (тиск 1 атмосфера і температура +25 градусів Цельсія) товщина озонового екрану, що захищає Землю від жорсткого УФ-випромінювання Сонця, становила б усього близько 3 мм. Водночас ефективність озонового екрану дуже велика. Зокрема, фахівцями розраховано, що зниження вмісту озону на 1% веде до такого підвищення інтенсивності УФ-опромінення поверхні, в результаті якого кількість смертей від раку шкіри зростає на 6-7 тисяч осіб на рік.

Цікаво цю цифру розглянути з точки зору нашого сприйняття ступеня небезпеки екологічних порушень. Кожен запуск американського космічного корабля багаторазового користування системи «Шаттл» знищує до 10 мільйонів тонн озону, або близько 0,3% всього його кількості. Значить, це призводить до загибелі від раку шкіри, принаймні, 1000 чоловік. Однак ця абстрактна тисячі безвісних померлих нам незнайома, їх загибель розтягнута в часі і вмирають вони в різних країнах. У кожному конкретному випадку не можна сказати, що рак шкіри у даного хворого був викликаний саме підвищеним УФ опроміненням. І ця тисяча померлих не викликає у нас тією сильною емоційної реакції, яку викликало свого часу звістка про загибель 6 американських астронавтів при одному з запусків «Шаттла», що супроводжувалося до того ж багаторазовим показом відеозапису нариву корабля через кілька десятків секунд після старту. Звичайно, загибель цих шести відважних людей – страшна трагедія. Але ще більша трагедія – наша байдужість до болісної смерті тисячі людей, що гинуть після кожного вдалого запуску «Шаттла». Адже ми не знаємо, хто саме і в якій країні загинув через те, що твердопаливні прискорювачі ракетної системи викинули прямо в озоновий шар свої 187 тонн хлору (див. статтю “Вплив різних забруднювачів атмосфери на озон”).

Втім, тисячі щорічних жертв автомобільних аварії стимулюють не відмова від автомобілів, а інтенсивні розробки в галузі автомобілебудування та організації дорожньої мережі, спрямовані на підвищення безпеки. Ніщо не дається задарма. Однак занадто часто платою за технічний прогрес виявляються людські життя, і ми досить звикли до цього, приділяючи дуже мало уваги безпеці людей. Небезпека виснаження озонового екрану має, однак, неприємну особливість. Вона полягає в тому, що підвищення частоти мутацій у людей, однією з причин якої є збільшення інтенсивності ультрафіолетового опромінення, може досягти порога, за яким послідує необоротне виродження людини як біологічного виду. Така ж небезпека свого часу змусила людей прийняти угоду про припинення ядерних випробувань (див. статтю “Ядерна енергія і радіоактивність”) у повітрі, на землі і на воді.

Руйнування озонового шару пов’язано і з іншими проблемами глобальної екології. Зокрема, підвищення інтенсивності ультрафіолетового опромінення поверхні Землі може вплинути і на інтенсивність еволюційних процесів. Мутагенна активність УФ-випромінювання впливає адже не тільки на людину. Всі види наземних рослин і тварини, що ведуть денний спосіб життя, піддаються його впливу. Підвищення частоти мутацій не проходить безслідно для видів, що входять до складу наземних екосистем. Для видів численних підвищення частоти мутацій може, ціною загибелі особин, які отримали мутації летальні або сублетальні, створити додаткові можливості пристосування й розмноження генетичних ліній, які отримали мутації, які випадково опинилися позитивними. Однак безліч видів в сучасній ситуації вже перебувають на межі зникнення або знижують чисельність до небезпечного рівня. Оскільки абсолютна більшість мутацій порушують пристосованість видів до умов їх існування і тим самим знижують виживаність, ймовірність зникнення для багатьох видів може підвищитися. Це загострить проблему збереження біорізноманіття.

Ультрафіолетове опромінення полегшує багато хімічні реакції, а деякі із них можуть йти тільки за такої активації. У тих випадкових за складом сумішах шкідливих і щодо безпечних газових домішок, які виникають в повітрі промислових міст, під дією жорсткого УФ-опромінення можуть синтезуватися дуже токсичні речовини, здатні загострити і проблему забруднення повітряного басейну, а потрапляючи у воду – проблему забруднення вод. Ймовірність таких подій не може поки вважатися досить точно встановленої, але вона і не може бути відкинута без спеціальних досліджень.

Всі глобальні екологічні проблеми взаємопов’язані, і жодна з них не повинна розглядатися в ізоляції від інших. Вирішувати їх доведеться більш-менш одночасно, навіть якщо гострота якоїсь однієї здаватиметься несумісну з іншими і вимагати самих термінових дій.

Необхідно терміново вживати заходів до охорони озонового шару: розробляти нешкідливі холодоагенти, здатні замінити фреони в промисловості та побуті, екологічно безпечні двигуни літаків і космічних ракетних систем, розробляти технології, що зменшують викиди оксидів азоту в промисловості і на транспорті. Існуючі міжнародні угоди по озону. Віденська міжнародна конвенція з охорони озонового шару і Монреальський протокол, який зобов’язує його підписали, вести роботу в конкретних напрямках, поки недостатньо ефективні. Ще недостатньо усвідомлена людьми ця небезпека, ще мало талановитих дослідників та інженерів працюють в цій галузі. А час не чекає.
Озон, трьохатомна форма кисню, утворюється у верхніх шарах атмосфери під дією жорсткого (короткохвильового) ультрафіолетового випромінювання Сонця. Завдяки здатності затримувати це випромінювання озон створює екран, який захищає всі форми життя на суші, включаючи людину, від канцерогенного і мутагенного дії УФ-випромінювання. Забруднення повітря хлором та його сполуками, різко посилилося з розвитком холодильної техніки на фреонах, а також викидами двигунів висотної авіації і ракет з твердопаливними двигунами, веде до прогресуючого ослаблення озонового шару. Для подолання цієї небезпеки необхідні узгоджені дії всіх розвинених країн з розробки нових, безпечних для озонового шару технологій у промисловості та транспорті, включаючи ракетну техніку.

ПОДІЛИТИСЯ: