Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы - Анья Рёйне

Калий легко растворяется в воде. Он отдает электрон, с которым ему очень хотелось бы распрощаться, другим имеющимся в воде атомам. Так калий и плавает, имея положительный заряд, – в приятной компании молекул воды. В нашем теле калий нужен для проведения электрических сигналов по нервным путям[204]. Когда я смотрела на Мертвое море, попадавший мне в глаза свет запускал химическую реакцию: крошечные ворота в зрительном нерве выпускали и впускали калий в нервные клетки. Этот импульс распространялся по зрительному нерву до самого мозга, где схожие сигналы калия со скоростью света распространились по клеткам мозга, – так вид Мертвого моря запечатлелся у меня в памяти.

Так как калий растворяется в воде, мы регулярно его теряем: когда потеем, справляем нужду или плачем. Первый способ вернуть телу калий – есть содержащие его растения и мясо животных, которые употребляли подобные растения в пищу. Калий попадает в растения через корни, когда они всасывают воду, имеющуюся между частицами земли, в которой они растут. Если калий в этой воде не содержится, растения тоже не растут как положено.

Когда растения и животные погибают и остаются лежать на земле, их расщепляют крупные и мелкие живые организмы. Постепенно питательные вещества, имеющиеся в отмершем материале, впитают корни живых растений. Таким образом калий непрерывно переходит от одного живого существа к другому. Но, если осмотреть ограниченную территорию, например лес, это не совсем верно. Не получится избежать ситуации, когда какое-то питательное вещество из леса исчезает. Животное съедает растения в лесу, а погибает за его пределами. Листья с деревьев сдувает ветер. Почву и останки растений и животных вместе с содержащимися в них питательными веществами уносят в океан ручьи и реки.

Со временем потери калия могут привести к тому, что живых существ в лесу останется все меньше и меньше. К счастью, есть еще один источник калия – порода, на которой лес растет. В коренной породе содержится множество питательных веществ, необходимых для жизни. Возможно, именно этот кусок породы когда-то очень-очень давно лежал на дне океана, окруженный микроскопическими остатками другого леса. Когда порода выветривается, она ломается, и на минералах (их частицы становятся все более мелкими) грибы и бактерии трудятся над тем, чтобы высвободить питательные вещества, необходимые для поддержания жизни на поверхности. Потери неизбежны, но, пока от разрушения породы потери питательных веществ не превышают их поступления, жизнь на данной территории просуществует целую вечность.

Там, где люди занимаются сельским хозяйством, ситуация иная. Смысл выращивания зерна в том, чтобы растения брали энергию – от Солнца, углерод – из воздуха, а питательные вещества – из почвы, а затем переместить их с обрабатываемого участка туда, где живут люди. В обрабатываемой земле высвобождение питательных веществ посредством выветривания коренной породы идет слишком медленно, чтобы возместить то, что из земли извлекается. Можно опять внести питательные вещества в почву, сделав компост из остатков растений и удобрив почву навозом. И все же трудно восполнить все то, что мы извлекаем из земли, когда выращиваем продукты питания.

Вот что мы можем предпринять для поддержания способности земли давать пищу: помочь природе, сделав питательные вещества, содержащиеся в воздухе, воде и породе, более доступными. Это минеральные удобрения. Контролируя количество питательных веществ, получаемых землей, люди освободились от основополагающего ограничения, касающегося всех остальных живущих на Земле существ. Но пригодится ли это решение в будущем? Возможно ли, что запасы каких-то из этих химических элементов подойдут к концу?

Калий – повсюду. Он растворен во всей имеющейся на земной поверхности воде, даже в дождевой. Соленая морская вода содержит намного больше калия, чем дождевая или пресная из рек и озер. И все же концентрация калия в океане слишком низкая для того, чтобы его прямая добыча оказалась выгодной. Для производства минеральных удобрений нам нужны источники с очень высокой концентрацией калия.

Сегодня калий добывают с тех территорий, откуда морская вода испарялась в течение тысяч и миллионов лет[205]. Большинство этих месторождений залегают глубоко в виде толстых слоев соли – остатков когда-то существовавших соляных озер. Если слои соли залегают близко к поверхности, их можно извлечь, чем и занимается горнодобывающая промышленность. Однако многие месторождения находятся глубоко, а когда механизмы углубляются в земную кору более чем на километр, стоимость добычи сильно возрастает. Поскольку калий легко растворяется в воде, задача решается с помощью закачки воды в расположенные в глубине слои соли. На поверхность вода выносит соль, которая затем оседает в испарительных бассейнах. Далее добыча идет так же, как в Мертвом море. На снимках со спутников подобные калийные рудники выглядят как промышленные объекты, окруженные синими и бирюзовыми водоемами, красивыми, но мертвыми. Крупнейший в мире производитель калия – Канада, за ней идут Россия, Беларусь и Китай. Лишь 5 % добываемого калия идет не на удобрения[206].

Хотя, судя по данным о запасах, указанных в геологических отчетах, калия осталось примерно на сотню лет, по оценкам, ресурсов вполне хватит на производство калия в течение еще нескольких тысяч лет. Основная их часть находится на большой глубине. Важная задача для будущего – не обнаружить достаточное количество калия, а иметь в своем распоряжении достаточно энергии и воды, чтобы добыть обнаруженные запасы.

Жители Норвегии привыкли к изобилию чистой воды. Нам повезло. Много где в мире запасы воды скудные. У Мертвого моря я видела, что к цветам, деревьям и газонам, растущим вокруг туристических отелей, по сети труб поступает вода из промышленных стоков. Отверстие есть возле каждого цветка, и стоят огромные плакаты с черепами, чтобы мучающиеся жаждой туристы не решились сделать глоток.

Чистая вода нужна нам для питья, производства продуктов питания и минеральных удобрений, а также добычи металлов и иного сырья. Чистую воду для нас природа создает двумя способами. Первый: на солнце вода испаряется из океанов – или из испарительных бассейнов на калийных рудниках. С потоками воздуха водяной пар переносится на сушу, выпадает в виде дождя, а вода собирается в ручьях и реках – ею можно пользоваться. Кроме того, у природы для очистки грязной воды есть свой фильтр. Пока вода просачивается сквозь землю, бактерии и другие микроорганизмы расщепляют растворенные в ней вещества. А остальные задерживаются на поверхности песка или глины, по которым течет вода.

Помимо воды, которую природа очищает каждый день, мы пользуемся водой, очистившейся несколькими тысячелетиями ранее и оказавшейся глубоко под землей в виде грунтовых вод. Многие из этих старых источников вот-вот опустеют, поскольку пополнение за счет дождевой воды с поверхности происходит очень медленно, если сравнивать с тем количеством, что мы забираем[207]. В отдельных регионах нехватка природных источников чистой воды столь велика, что люди перешли на очистку морской воды от соли, однако для этого требуется очень много энергии. Наши потребности в воде, энергии и минеральных удобрениях очень тесно связаны.