Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической табли

На нашей планете пригодная для сельского хозяйства почва создавалась с тех самых времен, когда из океана вышли первые живые организмы. Для образования пахотного слоя необходимо, чтобы порода, на которой он лежит, разрушилась и измельчилась – так высвободятся питательные вещества. Благодаря живущим в земле мелким и крупным организмам, таким как бактерии, грибы и дождевые черви, питательные вещества из породы смешиваются с органическим материалом от мертвых растений и животных. Всего для создания пахотного слоя толщиной один сантиметр природа тратит около ста лет [226].
Иногда из-за эрозии ценная земля пропадает из сельскохозяйственных регионов и оказывается в океане. На свежевспаханной земле ее частицы никак не защищены от погодных условий и ветра. После сильного ливня реки иногда становятся коричневыми – всё из-за потери пахотного слоя. Вследствие засухи ветры уносят верхний слой почвы в громадных облаках пыли. Это и произошло в распаханной американской прерии во время огромной катастрофы, названной The Dust Bowl [227]: в 1930-е годы тысячи семей были вынуждены покинуть свои дома и фермы [228]. С того времени как на этой территории европейцы начали заниматься сельским хозяйством, потерянной оказалась половина пахотного слоя [229]. В районе Мертвого моря из-за снижения уровня воды плодородную почву смывает со склонов во время каждого ливня [230].
Сегодня во всем мире пахотные земли исчезают в 10–100 раз быстрее, чем во время естественных процессов образуется новая земля. Существуют хорошие стратегии для сдерживания эрозии почвы на сельскохозяйственных территориях [231] – например распахивать меньше или сажать растения, покрывающие как можно большую поверхность земли. С другой стороны, следует ожидать, что из-за климатических изменений участятся ненастья и паводки, вследствие чего эрозия усилится. Если потери плодородного слоя земли продолжатся с той же скоростью, в будущем у нас возникнут серьезные проблемы с выращиванием достаточного количества пищи для населения, независимо от того, сколь крупные месторождения фосфора мы обнаружим.
Придет день, когда станет слишком дорого добывать фосфор из геологических источников и вносить в почву. Чтобы наше существование не подошло к концу, в будущем нам придется дойти до точки, когда мы не теряем больше фосфора, чем природа дает нам при выветривании коренной породы. Это означает сокращение потерь фосфора по сравнению с сегодняшними – оно в 6 раз выше, чем поступления со стороны природы. Необходима оптимизация работы сельского хозяйства, чтобы черпать как можно больше фосфора из окружающей среды, – например выпускать скот на выпас на необрабатываемые земли: таким образом они станут приносить фосфор «домой, на ферму». Тем не менее такие меры не покроют больше примерно трети от сегодняшних потерь.
Чтобы в будущем у всех было достаточно еды, мы будем вынуждены либо значительно сократить население Земли (малоприятная перспектива), либо позаботиться о снижении зависимости от фосфора из геологических источников до того, как станет слишком поздно. Это возможно сделать следующим образом: потреблять меньше мяса, препятствовать эрозии почвы, тормозить климатические изменения и повторно использовать фосфор со всех звеньев цепи – от шахт, навозных ям на фермах и кухонных пищевых отходов до канализации, ведущей из нашего дома. Может быть, в будущем появятся специальные туалеты с дополнительным отверстием, отделяющим мочу от фекалий – в нескольких шведских муниципалитетах такие уже есть [232]. Не смешивая мочу и фекалии, мы делаем шаг к значительному упрощению пути от канализации до удобрения.
 
Как питательные вещества сбиваются с пути
Нам приходится вносить в почву минеральные удобрения, чтобы вырастить пищу, которую мы едим, – причина в том, что мы извлекаем из земли гораздо больше питательных веществ, чем возвращаем посредством биологических процессов. Но химические элементы не пропадают. Азот, фосфор и калий, содержащиеся в тех продуктах, которые мы едим, на какое-то время остаются в наших телах, а затем выводятся с мочой и фекалиями. А еще питательные вещества есть в тех частях растений и животных, которые едой не становятся.
На сегодняшний день лишь небольшая часть питательных элементов возвращается в землю, из которой появилась [233]. Расходы на транспортировку очень высокие, а когда испражнения людей и животных используются как удобрение, существует риск распространения опасных болезней. В итоге питательные вещества оканчивают свой путь там, где не следует. Из-за огромного количества азота и фосфора в реках, озерах и океанах цветут водоросли – они тратят имеющийся в воде кислород, и живущая в глубине рыба задыхается. Если нам удастся разработать действенные методы сбора питательных веществ и вернуть их обратно в почву, не распространяя инфекции, мы сможем и дальше производить продукты питания, а параллельно улучшится состояние океанов и озер, где мы сможем выращивать употребляемую в пищу рыбу.
Экосистемы в океанах и озерах страдают не только из-за наших богатых питательными веществами отходов. В них попадают также минеральные удобрения, которые мы вносим в почву. Когда фермер вносит больше, чем способны вобрать корни, избыток утекает в ручьи и реки. Трудно точно сказать, сколько питательных веществ растению нужно в определенный момент времени. К счастью, в этой сфере успехи есть. Компьютеры способны проанализировать сделанные дронами снимки и определить, что растению чего-то не хватает. Таким образом, фермер, воспользовавшись сельскохозяйственной техникой под управлением компьютера, внесет нужное удобрение – не превышая нужное количество – и в нужном месте [234].