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

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.

Азот из воздуха

Первый химический элемент в удобрении NPK – азот – составляет примерно 3,2 % от веса нашего тела[208]. Азот играет ключевую роль для крупных молекул, из которых строятся кожа, волосы, мышечные волокна, сухожилия и хрящи. Также он есть в молекулах, управляющих химическими процессами, протекающими в теле. Без азота создать выполняющее свои функции человеческое тело невозможно.

По большей части вдыхаемый нами воздух состоит из азота – можно решить, что его нам всегда хватает. Проблема в том, что атмосферный газ азот состоит из двух атомов, очень прочно связанных друг с другом[209]. Азот мы вдыхаем и выдыхаем, потому что телу не удается оторвать друг от друга атомы азота и воспользоваться ими. Поэтому нам приходится брать необходимое количество азота из продуктов питания.

К счастью для всего живого на Земле, есть бактерии, умеющие разрывать связь в молекулах азота. Бактерии связывают освобожденные атомы азота с тремя атомами либо водорода, либо кислорода, а когда эти соединения растворяются в воде, ими пользуются растения. У некоторых растений, таких как клевер, бактерии живут в клубнях на корнях. Клевер обеспечивает бактериям безопасные и комфортные условия, а взамен получает стабильную подпитку азотом для собственного роста. Когда клевер погибает, накопленными им запасами азота могут воспользоваться соседние растения.