Для жизнедеятельности каждой клетки необходим определённый набор элементов-биогенов. Их список велик, но очевидно, что они различаются по критичности. Самый критичный — фосфор.
Фосфор совершенно необходим для каждой клетки. Так, основой ДНК является цепочка моносахаридных остатков, соединённых остатками фосфорной кислоты.
Сравним оборот этого элемента в естественном лесу и на поле. В лесу есть некий запас фосфора. Поедая друг друга, организмы передают друг другу его атомы. Когда они отмирают, фосфор поступает в почву, откуда быстро возвращается в состав живого вещества. Вытекающая из лесу в сильный дождь вода уносит какое-то количество фосфора, но оно очень невелико и компенсируется поступлением фосфора из разрушающихся горных пород.
В поле ситуация совсем иная. Урожай, в котором накоплено значительное количество фосфора, изымают и увозят невесть куда. Если убыль фосфора не компенсировать, плодородие поля катастрофично упадёт. Что делать? Вносить удобрения. Сплошь и рядом фосфор вносят в количестве, намного превышающем изъятие, потому что избыток этого элемента подстегивает рост растений. Откуда берут фосфор для удобрений? Изымают из фосфорсодержащих горных пород. При первом же дожде значительная часть внесенного фосфора вымывается с поля, сносится в реки (вызывая там цветение воды), и, в конечном итоге, попадает в океан. Итак, на оборот фосфора влияют чуть ли не все процессы в биосфере.
В качестве курьёза скажу, что не так давно в озере Моно в Калифорнии была найдена гамма-протеобактерия из семейства Halomonadaceae, которая вместо атомов фосфора использует (в том числе при построении ДНК) мышьяк! Это озеро отравлено огромными количествами мышьяка, но жизнь, как оказывается, может приспособиться даже к такой среде. Однако для нас (и для тех организмов, которые мы едим) мышьяк — сильнейший яд. Нам нужен фосфор.
Человечество многократно ускорило перемещение фосфора в осадочные породы. Пока этот процесс компенсируется его избыточным изъятием из месторождений фосфорсодержащих пород. Но надолго ли их хватит?
По этому поводу ценные данные приведены в статье Алексея Гилярова, пересказывающего, в свою очередь, редакционную статью журнала Nature.
Мы уже прошли пик добычи фосфорных удобрений. Их производство уменьшается, в разработку идут бедные, неудобные для использования, загрязнённые источники фосфора. На сколько-то десятилетий их хватит. А потом?
А что будет потом, на самом деле не знает никто. Тот фосфор, который мы рассеяли по биосфере и который упокоился на дне океана, стал для нас недоступным. Чтобы его поднять и концентрировать, нужны колоссальные затраты энергии — которых нет и, в общем, не предвидится.
Как измерить доступность фосфора в планетарных масштабах?
Главный процесс, который мог бы повысить планетарную доступность фосфора, — подъём донных осадочных пород на дневную поверхность с последующей их эрозией и разработкой. В этом процессе задействованы колоссальные хтонические энергии. Тем не менее он на порядки слабее человеческой деятельности! За год мы рассеиваем фосфор, сконцентрированный хтоническими силами за огромные промежутки времени.
Те меры, о которых мы можем помыслить, не повышают доступность фосфора, а лишь замедляют скорость её снижения. Так, можно экономнее расходовать фосфорные удобрения. На самом деле благотворное воздействие окажет даже просто их значительное подорожание. Оно уже началось, и понятно, что фосфорные удобрения будут только расти в цене. Ещё не до такой степени, чтобы продавать золотишко и закупать суперфосфат, но уже настолько, чтобы всерьёз думать об экономии.
Возможно, когда-нибудь вода, вытекающая из районов земледелия, будет фильтроваться через мощные заросли каких-нибудь водорослей, может быть, даже генетически модифицированных. Водорослевая биомасса будет связывать фосфор и иные биогены, а затем её будут изымать и использовать в качестве удобрений. Но даже эта мера лишь замедлит снижение планетарной доступности фосфора, а не обратит его вспять!
Как обеспечить неистощающее развитие человечества на фоне непрерывного снижения доступности фосфора? Я не знаю, и предполагаю, что этого не знает никто.