Vědec, který byl na počátku objevu ozonové díry

Dvanáctého března letošního roku přišla z Los Angelos smutná zpráva, že ve věku 84 let zemřel americký chemik a fyzik, nositel Nobelovy ceny Frank Sherwood Rowland. Odešel vědec, který jako jeden z prvních upozornil na škodlivý vliv freonů na ozonovou vrstvu v atmosféře. Děkan fakulty fyziky Kalifornské univerzity, kde profesor Rowland po několik desítek let působil, při této příležitosti řekl: „Zachránil svět od velké katastrofy. Nikdy nepřestal být oddaný vědě, pravdě a lidskosti." Vzhledem k výsledkům svých výzkumných prací o ubývání ozonové vrstvy se zákonitě stal i jedním z čelných vědců znepokojených globálním oteplováním.

Frank Sherwood Rowland pocházel z intelektuálské rodiny – otec byl profesorem matematiky a vedoucím katedry na Ohijské státní univerzitě ve městě Columbus. Protože vystudoval střední školu s dvouletým předstihem a v šestnácti letech nemohl za druhé světové války sloužit v armádě, využil možnosti strávit tuto dobu na Ohijské univerzitě. Po krátké službě v armádě zůstal ještě dva roky na univerzitě jako vynikající hráč basketbalu.

Lepší univerzitní učitele si nemohl přát

K vysokoškolskému studiu chemie se přihlásil v roce 1948 na Chicagskou univerzitu, v jejímž sportovním areálu byl v roce 1942 postaven týmem E. Fermiho první jaderný reaktor. Ve 40. letech zde působila většina fyziků a chemiků účastnících se prací na projektu Manhattan, tj. pracujících na vývoji atomové bomby. Řada z nich po skončení války v Chicagu zůstala. Mezi učiteli Franka Sherwood Rowlanda byli například objevitel těžkého vodíku H. C. Urey působící v univerzitním Institutu nukleárních studií, fyzikální chemik E. Teller, anorganický chemik H. Taube, jaderná fyzička M. Goeppert‑Mayerová, E. Fermi a další. Většinou šlo i nositele Nobelových cen za fyziku a chemii.

Po obhajobě doktorské disertace z chemie v roce 1952 strávil několik let jako asistent na Princetonské a Kansaské univerzitě. V roce 1964 přijal profesuru chemie na Kalifornské univerzitě v Irvinu, kde působil až do konce svého aktivního pracovního života. Byl členem Americké akademie umění a věd a zahraničním sekretářem Národní akademie věd USA.

Zájem o freony

V roce 1970 rezignoval na post šéfa katedry chemie a rozhodl se věnovat převážně výzkumu. Hledal dostatečně nosné téma, nakonec se jím stala atmosférická chemie. K této volbě ho přivedla účast na symposiu o enviromentálních aplikacích radioaktivity v rakouském Salcburku v roce 1970 a o dva roky později ve floridském Port Lauerdalu. Zde jeho pozornost upoutala prezentace výsledků měření stopových množství umělých látek v ovzduší, zejména freonu CPC‑11. Hodnoty naměřil britský vědec James Lavelock při cestě na lodi plavící se okolo Antarktidy. Umístil na loď vysoce citlivá spektroskopická zařízení detektující a měřící koncentrace organických plynů. Měření ukázala, že chemicky málo reaktivní chlorofluorometany, freony, běžně používané jako hnací plyn ve sprejích či jako chladicí médium v chladničkách, jsou rozšířené v celé atmosféře. Chemická stálost, jeden z důvodů jejich velkého průmyslového využívání, je paradoxně příčinou jejich nežádoucího hromadění v atmosféře. Přestože zprvu nebyla vážnost tohoto problému příliš zřejmá, již jeho vlastní existence podnítila zájem Rowlanda situaci řešit. K odbornému zaměření Rowlanda na výzkum freonů přispěly i výsledky holandského chemika Paula Crutzena, který v roce 1970 učinil významný krok k poznání mechanismu snižování koncentrace ozonu v ozonové sféře.

Varovná zpráva pro Komisi pro atomovou energii

Přestože se Rowlandův vědecký zájem v té době zaměřoval na radiochemii, požádal svého sponzora, Komisi pro atomovou energii, o podporu projektu zjišťování růstu obsahu halogenovaných uhlovodíků v atmosféře. Od tohoto výzkumu se sice nedal očekávat okamžitý přínos, komise ale přesto souhlasila, a na podzim roku 1973 mohl Rowland začít se svým postdoktorandem – mexickým fyzikálním chemikem Mario José Molinou – na nové problematice pracovat.

Krátce na to, v lednu 1974, zaslali společně do časopisu Nature rukopis krátkého článku, ve kterém popsali možný vliv freonových plynů na ozonovou vrstvu. Podle jejich teorie chemicky inertní freony pronikají až do ozonosféry, kde jsou vystaveny intenzívnímu ultrafialovému záření. Jeho působením se rozkládají chlorované uhlovodíky až na elementární chlor, který přispívá ke snižování obsahu ozonu. Ve výškách do 25 km k rozpadu freonů nedochází a malá část těchto plynů se tak dostává až do stratosferických výšek. Rowland s Molinou vypočítali, že molekuly freonů mohou setrvávat v atmosféře více než půl století. Uvědomili si, jaké následky pro lidstvo by neustále rostoucí produkce těchto látek mohla mít. Ještě v témže roce připravili rozsáhlou zprávu pro Komisi pro atomovou energii, jejíž upravenou verzi otiskl mezinárodní časopis Reviews of Geophysics and Space Physics. O svých výsledcích také informovali na zasedání Americké chemické společnosti a na následující tiskové konferenci. Od této chvíle věnovali oba vědci velké úsilí omezení produkce a používání freonů poškozujících ozon.

Vědecké závěry čekaly na uznání deset let

V době svého vzniku vyvolaly závěry Rowlanda s Molinou rozporuplné reakce. Kromě kladných ohlasů je celá řada vědců zpochybňovala a přičítala jim spekulativní charakter. Odpůrci uváděli, že závěry nejsou podloženy kvantitativním ověřením reakčních schémat. Nicméně koncem 70. a počátkem 80. let se rozhořela diskuze o možnosti omezení produkce a používání freonů, která iniciovala podrobnější studium daného problému. Plně uznávána začala být teorie až v roce 1985, kdy světovou veřejnost šokoval článek Angličana Farmana a jeho spolupracovníků, uveřejněný v Nature. Zpráva založená na dlouhodobých pozorováních upozorňovala na skutečnost, že nad Antarktidou došlo v určitých obdobích k poklesu úrovně ozonu pod 50 % obvyklých hodnot a vznikla tak „ozonová díra". Toto zjištění vedlo k ještě intenzívnějšímu hledání odpovědi na otázku, proč tak rozsáhle kolísá a ubývá obsahu ozonu v atmosféře.

Díky průkopnické práci Crutzena, Molimy a Rowlanda a dalších vědců je již dnes zřejmé, že úbytky ozonu jsou z podstatné části způsobeny reakcí s rozkladnými produkty látek, které se dostávají do ovzduší lidskou činností.

P. Crutzen, M. J. Molina a F. S. Rowland získali společně (každý jednu třetinu) v roce 1995 Nobelovu cenu za chemii, a to za práce o chemických dějích v atmosféře, které se týkají zejména vzniku a rozpadu ozonové vrstvy. Ze zákulisí udělování Nobelových cen dodejme, že Rowland se o svém uznání dozvěděl „oficiálním" postupem – telefonátem švédské Akademie věd, když se právě vracel domů z Itálie a Thajska. Na univerzitě už ho čekali kolegové a studenti s dvěma tucty růží.

Současný člen akademické obce na Massachusettském institutu (MIT), profesor Molina, řekl agentuře AP, že jeho bývalý učitel Rowland se nikdy nebál hájit svou práci ani prosazovat úplný zákaz freonů. „Ukázal mi, že když věříme ve správnost vědeckých závěrů […] měli bychom o nich veřejně mluvit, když si myslíme, že je důležité, aby se společnost změnila."

I to patří k trvalému odkazu F. S. Rowlanda, který se trvale zapíše do historie světové vědy.