Открытые разработки фосфатов в Западной Сахаре. Фото с сайта photobucket.com

Фосфор — незаменимый элемент питания растений (как, впрочем, и всех других организмов). Поддержание высоких урожаев сельскохозяйственных культур, необходимое для обеспечения продовольствием растущего населения Земли, возможно только благодаря массированному применению минеральных удобрений. Фосфорные удобрения получают, разрабатывая имеющиеся в некоторых местах залежи горных пород, богатых фосфатами. Связанный растениями фосфор переходит далее по пищевым цепям (достается животным, в том числе и человеку), выделяется с продуктами обмена, попадает в сточные воды, реками выносится в океан, где в конце концов оказывается в морских осадках, но уже в очень рассеянной форме. Таким образом, имеющиеся на Земле запасы фосфатов — это фактически невозобновляемые, исчерпаемые ресурсы. На какое время их хватит человечеству? В редакционной статье, опубликованной недавно в журнале Nature, дан анализ экспертных оценок складывающейся ситуации. Прогноз экспертов не слишком оптимистичен: фосфора нам хватит не более чем на 50–125 лет.

На страницах популярных изданий и научных журналов нередко обсуждается вопрос о том, на сколько хватит растущему населению Земли природных запасов ископаемого топлива (нефти, угля, газа). Эти ресурсы, хотя и являются невозобновляемыми, могут заменять друг друга. Кроме того, существуют и альтернативные возобновляемые источники энергии (реки, ветер, солнце, биотопливо). Но помимо нехватки источников энергии растущее человечество сталкивается с другой, очень важной, но почему-то не привлекающей столько внимания проблемой — а именно, дефицитом незаменимых элементов питания растений — азота и фосфора. Добавление этих элементов в почву в виде азотных и фосфорных удобрений — обязательное условие поддержания высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

При этом ситуация с азотом и фосфором довольно сильно различается. Азот — хоть и в молекулярной, недоступной для растений и животных, форме — имеется в огромном количестве в воздухе. Связать же его и превратить в форму, пригодную для использования растениями, могут некоторые бактерии (например, живущие в клубеньках на корнях бобовых растений). Кроме того, в начале XX века был разработан процесс промышленной фиксации (связывания) атмосферного азота и превращения его в аммонийную форму (процесс Габера—Боша). В настоящее время количество азота, вносимого в почву с такими искусственно синтезированными удобрениями, уже превышает то количество, которое связывается на суше в ходе естественной азотфиксации бактерий.

Карьер апатитового рудника «Центральный» на плато Расвумчорр (Хибины). Фото с сайта news.bbc.co.uk

С фосфором ситуация принципиально иная. Этот элемент не образует газообразных соединений, а его перемещения по поверхности планеты осуществляются главным образом с потоками воды. По сути, фосфор постепенно стекает с суши в океан. Возвращение же его на сушу определяется долговременными геологическими процессами поднятия океанического дна. Впрочем, в природных, ненарушенных человеком, экосистемах цикл фосфора почти замкнутый. Большая часть его, будучи использована растениями на собственный рост, снова возвращается в среду при разложении органических остатков микроорганизмами, а также в виде продуктов обмена веществ животных.

Проблемы возникают при выращивании сельскохозяйственных культур, так как значительная часть продукции растений изымается человеком, а с этой продукцией выносятся с полей и элементы минерального питания. Кроме того, человек стремится получить максимально высокий урожай, а для этого требуется внесение в почву дополнительных удобрений. Вернуть же использованный на полях фосфор, пустить его снова по кругу не удается.

Фосфорные удобрения получают при разработке некоторых горных пород, содержащих большое количество фосфатов. Таков, к примеру, апатит, залежи которого имеются на Кольском полуострове. Большое количество фосфатов сосредоточено на севере Африки, в Марокко и Западной Сахаре. Но в целом распределение запасов пород, содержащих фосфор, по поверхности суши крайне неравномерное. По существующим оценкам более 70% их сосредоточены всего в нескольких странах: в Марокко, Китае, США и России.

Оставшиеся еще в разных странах запасы фосфатов. Все цифры — в гигатоннах (109 т), то есть в миллиардах тонн. Рис. из обсуждаемой статьи в Nature

Что касается общего количества фосфатов, которые в принципе могут быть освоены человеком, то по данным Геологической службы США (US Geological Survey) оно составляет 62 миллиарда тонн. Эта цифра включает как те 15 млрд тонн, которые уже разрабатываются, так и те, разрабатывать которые считается пока нерентабельным: они или находятся в море, или содержат значительные примеси токсических элементов, прежде всего кадмия. В 2008 году общее количество добытых фосфатов составило 161 миллион тонн. Согласно оценкам экспертов Геологической службы США, потребности в удобрениях в ближайшие 5 лет будут возрастать ежегодно на 2,5–3%. Если подобный темп использования фосфатов сохранится, то все мировые запасы их могут быть израсходованы за 125 лет. Близкие оценки дают и эксперты Международной ассоциации производителей удобрений (International Fertilizer Industry Association). Они полагают, что спрос на удобрения сначала будет возрастать, а с середины текущего столетия начнет уменьшаться. Хватить существующих запасов фосфатов, согласно их расчетам, должно примерно на 100 лет.

Однако другие прогнозы еще более тревожные. Так, по даннымПродовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций(FAO — Food and Agricultural Organization) для обеспечения продовольствием растущего населения Земли необходимо, чтобы продукция сельского хозяйства к 2050 году удвоилась. Если при этом допустить сохранение наблюдающегося сейчас ежегодного увеличения потребления удобрений на 3% и учитывать только удобные для разработки месторождения, то запасов фосфатов хватит лишь на 50 лет.

Осадок внутри канализационной трубы может быть ценным источником фосфора. Рис. из обсуждаемой статьи в Nature

В обсуждаемой статье в Nature подчеркивается в то же время, что компании производителей удобрений не раскрывают полностью имеющихся у них данных. Правительства отдельных стран также делают противоречивые заявления. Например, Китай, когда вступил во Всемирную торговую организацию, указал, что его запасы фосфатов составляют 8 млрд тонн, хотя ранее приводил цифру только 2 млрд тонн. Специалисты из международных объединений призывают к налаживанию системы независимой экспертизы имеющихся запасов, однако признают, что наладить такую экспертизу очень непросто. В самое последнее время некоторые компании стали вкладывать большие средства в разработку отложений, отличающихся сравнительно невысоким содержанием фосфатов, а также находящихся под водой. Неудивительно, что цены на фосфаты при этом сразу резко подскочили. В прошлом году в некоторые моменты цена доходила до 500 долларов США за тонну, хотя годом раньше средняя цена была в 5 раз ниже.

Очевидно, что на повестку дня выходит вопрос о хотя бы частичном возвращении в оборот использованного фосфора, о сокращении его стока в океан и повторном использовании на сельскохозяйственных угодьях. Важным источником фосфатов могут стать, в частности, стоки животноводческих ферм, а также осадки, образующиеся в канализационных трубах. Соответствующие технологии, по-видимому, скоро начнут быстро развиваться. Фосфор — слишком дорого достающийся нам элемент, чтобы допускать и в дальнейшем его безвозвратное использование.

Источник: Natasha Gilbert. The disappearing nutrient // Nature. 2009. V. 461. P. 716–718.