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.
Азот комфортно себя чувствует в форме газа, а потому, когда мертвые растения и животные разлагаются, его легко потерять. Иногда в уличных туалетах и коровниках мы чувствуем запах аммиака. Аммиак состоит из азота и водорода и образуется при разложении органического материала. Из-за того, что азот улетучивается в атмосферу, особенно важно существование на Земле организмов, которые способны вернуть его из воздуха.
В природе единственный процесс, благодаря которому содержащийся в атмосфере азот становится доступен для растений без участия микроорганизмов, – удар молнии. Во время удара молнии высвобождается столько энергии, что содержащиеся в воздухе азот и кислород вступают в реакцию друг с другом, образуя новые молекулы. Норвежский физик Кристиан Биркеланд и инженер Сам Эйде еще в начале XX века выяснили, что можно сымитировать этот процесс с помощью электричества и создать в лаборатории искусственные молнии[210]. Впервые кому-то удалось перехитрить биологический процесс и изготовить азотное удобрение прямо из воздуха. Благодаря процессу Биркеланда – Эйде (именно такое название он получил) компания Norsk Hydro стала производить минеральные удобрения с помощью энергии от электростанций в Нотоддене и Рьюкане.
Производство минеральных удобрений компанией Norsk Hydro во многом было революционным и заложило основы для значительного роста производства продуктов питания в XX веке. И тем не менее довольно быстро его заменил более дешевый процесс Габера – Боша, в основе которого лежит так называемый природный газ, то есть газ из ископаемых[211].
Во время процесса Габера – Боша из природного газа мы черпаем и энергию, необходимую для того, чтобы разрушить крепкие связи между атомами азота, и атомы водорода, с которыми образует связи освобожденный азот[212]. В качестве побочного продукта образуется абсолютно чистый диоксид углерода – его продают и на пивные заводы, и на водоочистные сооружения. Что испытали на себе садоводы Осло: когда в Европе сильно снизилось производство азотных удобрений, власти попросили их выключить поливальные установки посреди засушливого лета 2018 года[213].
На сегодняшний день больше половины азота, который усваивают выращиваемые по всему миру растения, – из минеральных удобрений. В деле выстраивания собственных тел мы стали зависеть от азота, производимого промышленным способом. Как долго это может продолжаться?
Если все известные на сегодняшний день резервы природного газа пустить исключительно на производство минеральных удобрений, азотных удобрений нам хватит примерно на тысячу лет, прежде чем они опустеют. Совершенно точно существуют на сегодняшний день неизвестные запасы природного газа. В то же время абсолютно нереальной кажется ситуация, когда природный газ не тратят ни на что, кроме производства минеральных удобрений. По мере того как месторождения нефти и газа уменьшаются, а цена их разработки растет, природный газ станет весьма необходимым сырьем для ряда химических процессов. Поэтому еще до истечения тысячи лет нам придется производить азотные удобрения из чего-то другого[214].
Уже сегодня активно идет работа над альтернативными методами производства. Одна из стратегий – использование солнечной энергии для расщепления и азота, и воды для производства водорода, который вступит с азотом в реакцию. Другие ученые работают над совершенствованием процесса Биркеланда – Эйде и увеличением его энергоэффективности[215]. Может быть, через несколько лет мелкие фермеры смогут самостоятельно производить азотное удобрение с помощью расположенных на крыше солнечных панелей.
Бактерии улавливают азот благодаря выработке органических молекул, из-за которых азот вступает в реакцию с водородом, не требуя большого количества энергии. Молекулы как бы ставят атомы на нужное место. Сейчас у людей появляются качественные инструменты для редактирования генов и бактерий, и растений: у нас будет возможность менять сельскохозяйственные культуры так, чтобы они научились абсолютно самостоятельно улавливать азот из воздуха[216] – или же сотрудничали со специально приспособленными бактериями (так поступает клевер). В принципе благодаря генно-модифицированным растениям возможно выращивать всю необходимую нам пищу и без азотных удобрений. Азот для производства продуктов питания – техническая задача, у которой есть ряд решений. Азот у нас не кончится.
Фосфор с гор
Последнего из жизненно важных элементов – фосфора – в атмосфере нет. В воде его тоже не особо много, поскольку он обладает досадной для нас склонностью приклеиваться к поверхностям минералов и лучше себя чувствует в твердой форме, а не растворенным в воде[217]. Поэтому, чтобы добыть фосфор, нам придется обратить внимание на твердые породы.
Фосфор составляет 1 % веса тела взрослого человека[218], и большая его часть содержится в скелете. Но даже для организмов, у которых скелета нет, фосфор играет огромную роль. Рецепт моего тела – кто я такая – записан в каждой клеточке моего тела на химическом языке. В химическом алфавите всего четыре буквы, и они образуют ступени длинной молекулы, напоминающей винтовую лестницу. Именно атомы фосфора связывают ступеньки этой лестницы друг с другом. Без фосфора не было бы ДНК, а тем самым и ничего живого.
На протяжении многих столетий во всем мире в качестве удобрения применялись такие источники фосфора, как человеческая моча и костная мука из костей скота, но с середины XIX века фермеры также стали пользоваться фосфором с геологических месторождений. Первым богатым источником стал птичий помет – он называется гуано: на отдельных островах, где морские птицы гнездились тысячи лет, он имеется в огромных количествах. Месторождения «ископаемого» птичьего помета активно разрабатывались, но, так как их объем бы ограничен, довольно скоро больше фосфора стали производить из фосфоросодержащей породы, а не из гуано.