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

В южной части моря глубина по большей части достигает лишь нескольких метров, и ее превратили в огромную установку по добыче минералов. Из-за естественного испарения вода в Мертвом море гораздо более соленая, чем в любом другом океане или море Земли. Когда вода переносится в мелкие бассейны, испарение ускоряется: точно так же быстрее высохнет выстиранное белье, если его развесить, а не бросать мокрой кучей. Испарение идет только на поверхности воды, где ее нагревает солнце и она исчезает в воздухе в виде пара. По мере того как количество воды все уменьшается и уменьшается, растворенная в ней соль оседает в виде кристаллов. Сначала образуется хлорид натрия – обычная поваренная соль, – а затем хлорид кальция, зачастую используемый как дорожная соль. Эти кристаллы оседают и образуют на дне водоема соляную корку. Затем вода перекачивается в следующий водоем, где образуются кристаллы карналлита – пользующегося спросом минерала: его счищают и отправляют на перерабатывающий завод, расположенный на берегу. Ценность карналлита в том, что он содержит химический элемент калий, используемый в минеральных удобрениях, поскольку он необходим для выживания растениям – как и людям.

Питание мозга

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 из воды