Нужно ли удобрять океан? | Научно-популярный журнал "Химия и Жизнь"

Нужно ли удобрять океан?
Леенсон И.А.
(«ХиЖ», 2018, №9)

pic_2018_09_44.jpg

Фото: flickr.com / rlonpine

Немецкий геофизик и метеоролог Альфред Лотар Вегенер (1880—1930) известен как создатель теории дрейфа материков, участник и руководитель экспедиций по исследованию Гренландии (он погиб во время последней экспедиции). В его честь названы кратеры на Луне, Марсе и Плутоне, а также научно­исследовательский Институт полярных и морских исследований в Бременхафене. Институту принадлежит научно­исследовательское судно «Поларштерн» (нем. «Полярная звезда). Широкую известность в конце первого десятилетия XXI века получил эксперимент сотрудников этого института по «удобрению океана». Они решили проверить, можно ли уменьшить парниковый эффект, вызванный углекислым газом, удобряя океан соединениями железа. Дело в том, что американский океанограф Джон Мартин (1935—1993) ранее показал, что для роста планктона в поверхностных слоях океана необходимы микроколичества железа. Планктон (от греч. πλανκτον — блуждающий) — это совокупность водных организмов, которые передвигаются не самостоятельно, а с потоками воды; в их число входят фотосинтезирующие диатомовые водоросли. Чем больше планктона, тем интенсивнее фотосинтез, тем меньше углекислого газа остается в атмосфере. «Дайте мне танкер с солью железа, — заявил Мартин, перефразируя известное высказывание Архимеда, — и я верну на Землю ледниковый период!»

Теорию Мартина подтвердило мощнейшее извержение вулкана Пинатубо на севере Филиппин, которое произошло в несколько этапов в июне 1991 года и погубило не менее 845 человек. Пыль и пепел из вулкана поднялись в атмосфере на десятки километров, последствия извержения ощущались во всем мире. По оценкам, с пеплом в океан попало 40 тысяч тонн железа. При этом снизилось содержание углекислого газа, растворенного в воде, что должно было привести к дополнительному его поглощению из воздуха. Отсюда следовало, что внесение в океан недостающего железа приведет к бурному размножению планктона, который будет поглощать из воздуха все больше углекислого газа, что уменьшит, а возможно, и обратит вспять глобальное потепление на планете! Как считал Мартин, естественного поступления железа в океан недостаточно. Хотя реки и ветры с пустынь ежегодно выносят в моря и океаны 850 млн тонн железа, этот биоэлемент находится в основном в нерастворимом, а следовательно, неусвояемом виде.

Мартин инициировал проведение в 1993 году эксперимента IronEx­I по удобрению океана растворимым в воде соединением железа. К сожалению, он ушел из жизни, не дождавшись результатов. А они как будто были убедительными: после того как к западу от Галапагосских островов в воду на площади 60 кв. км вылили раствор железного купороса, в течение недели планктон заполнил поверхностные воды, наблюдалось увеличение уровня хлорофилла и биомассы фитопланктона, а также эффективности фотосинтеза в обогащенных железом водах. Однако понижение концентрации углекислого газа в воде оказалось на порядок меньше по сравнению с тем, на что рассчитывали исследователи.

В последующие годы было поставлено еще несколько подобных экспериментов, в разных частях Мирового океана и в меньших масштабах. Один из них провела в начале 2009 года на корабле «Поларштерн» группа из 49 индийских и немецких исследователей. Он был назван LOHAFEX, от loha (железо на хинди) и англ.  Fertilization EXperiment («эксперимент по удобрению»). В южной части Атлантического океана в холодные антарктические воды на площади 300 кв. км в течение двух с половиной месяцев внесли 20 тонн сульфата железа, содержащего (с учетом примесей) 6 тонн железа в растворимой форме. Для эксперимента выбрали участок океана с преобладанием вертикальной циркуляции воды, иначе течения быстро распределили бы вещество по огромной территории. В результате содержание хлорофилла в воде увеличилось в два-­три раза, и это была заметно даже из космоса. Хлорофилл синтезировался в основном пикофитопланктоном — крохотными синезелеными водорослями и цианобактериями размером всего 0,2—2 мкм. Однако эти клетки быстро поедает зоопланктон. 

Существовала и более важная причина, из-­за которой не обнаружили заметного снижения концентрации углекислого газа в воде. Эксперимент проводили в водах с малым содержанием кремния. Это сильно ограничило рост диатомовых водорослей, панцирь которых состоит из SiO2. В целом же эксперименты показали, что для успешного фотосинтеза планктоном действительно необходимо присутствие в воде ионов железа. По разным оценкам, 1 кг железа в растворимой форме, в зависимости от условий, может в принципе способствовать изъятию из атмосферы от 3 до 83 тонн углекислого газа.

Понятно, что эти опыты вызвали ожесточенные протесты активистов Гринписа. Даже некоторые ученые высказались против продолжения таких масштабных экспериментов, и для этого у них были основания. Помимо ожидаемого снижения концентрации углекислого газа в атмосфере, результатом такого «подстегивания» жизнедеятельности в океане может стать чрезмерное размножение планктона, причем его последующее отмирание вызовет резкое снижение содержания кислорода в воде. А это, как известно на примере континентальных водоемов, в которых размножились водоросли, приводит к замору — массовой гибели рыб, вызванной недостатком кислорода в воде. Другим очень неприятным последствием может стать размножение в воде микроорганизмов, выделяющих яды (см. статью «Яды и токсины» в «Химии и жизни», 2001, 7). Известно, что самые ядовитые небелковые токсины были выделены именно из морских организмов. Так, некоторые одноклеточные жгутиковые в составе планктона (динофлагелляты) синтезируют исключительно ядовитые майтотоксин (LD50 = 0,05 мкг/кг!) и сигуатоксин (LD50 = 0,35 мкг/кг). Размножение этих одноклеточных сопровождается массовой гибелью рыб и других морских организмов, а также массовыми отравлениями людей, употребляющих в пищу морепродукты (яды накапливаются в рыбах и моллюсках).

pic_2018_09_44-1.jpg

Домоевая кислота

Но и это не все. Некоторые диатомовые водоросли в подходящих условиях вырабатывают еще один сильный яд — домоевую кислоту. Отмечены массовые отравления морских животных домоевой кислотой на побережье Калифорнии. При попадании в организм человека домоевая кислота вызывает потерю кратковременной памяти и повреждения головного мозга, вплоть до смертельного исхода. «Удобрение океана» может привести к неконтролируемому росту диатомовых водорослей. Если такое произойдет в массовом масштабе, это сделает невозможным рыбный промысел в океане. Как сказал канадский океанолог профессор Чарльз Трик: «Люди, думая, что они хорошо понимают закономерности процессов в природе, на самом деле знают о них очень мало. Существует большая неопределенность в отношении любого более­менее масштабного эксперимента с природными экосистемами, которые мы ставим».

pic_2018_09_45.jpg



Эта статья доступна в печатном номере "Химии и жизни" (№ 9/2018) на с. 44 — 45.

Еще по теме

prev_2018_01_18.jpg

В 2005 году в нашем журнале уже публиковались краткие обзоры современных мифов: о воде, о еде и питье, о болезнях и лекарствах. Но тема неисчерпаема, а «химическая мифология» популярности не теряет. Недавно четыре венгерских химика из Дебреценского университета написали монографию «100 химических мифов: недоразумения, неверные трактовки, объяснения», которая была переведена на английский язык и выпущена издательством «Шпрингер».

>>
Мифы о продуктах питания | Научно-популярный журнал «Химия и Жизнь»

Тезис о том, что «все продукты сейчас отравлены», — типичное проявление хемофобии, а хемофобия — следствие незнания и деятельности нечистоплотных СМИ. Послушать алармистов, в пищевой промышленности работают вредители, которые коварно отравляют продукты. Однако население земли вовсе не вымирает, а увеличивается, причем быстро, и средняя продолжительность жизни постоянно растет.


>>
prev_2018_03_14.jpg

Лишь очень малая часть синтетических соединений, попадающих в наш организм, когда-либо исследовалась на предмет опасности для здоровья, включая канцерогенность, воздействие на репродуктивную функцию, на внутриутробное развитие, иммунную систему и так далее. Те, которые изучают, — изучают на подопытных животных; на людях это делать неэтично. Кроме того, обычно изучается воздействие отдельных веществ, тогда как в реальной жизни на нас действует их смесь. При этом каждый год на рынке появляется до 1800 новых химических соединений.

>>
prev_2018_04_28.jpg

В июне 2007 года вступил в силу регламент Европейского союза по «регистрации, оценке, авторизации, ограничению производства и использования химических веществ» — Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals, сокращенно REACH. В истории Евросоюза это наиболее детально разработанный законодательный акт, занимающий более 1200 страниц текста; в документе 141 статья, дополненная 27 приложениями.


>>
prev_2018_05_24.jpg

«Экологический образ» химической промышленности, мягко выражаясь, оставляет желать лучшего. Когда простой человек слышит или читает что-либо о химических превращениях, то чаще всего это вызывает у него только отрицательные эмоции. Они связаны с загрязнением окружающей среды, с авариями на химических предприятиях, потому что такие аварии благодаря СМИ становятся широко известными. В то же время фармацевтическая промышленность и биотехнология избежали подобной участи: считается, что они не наносят вреда окружающей среде. А как на самом деле?

>>
prev_2018_07_22.jpg

Авторы книги «100 химических мифов» отдают должное Менделееву, его интуиции и уверенности в своей правоте. Ведь он описывал свойства неизвестных элементов, когда многие химики считали, что уже открыты почти все химические элементы! Лишь Менделеев осмелился не только предсказать открытие новых элементов, но и указать их место в таблице и даже их свойства. Потому что он понимал, что периодическая таблица — не просто удобный способ систематики, а закон природы. Всего таких предсказаний он сделал 16. Авторы книги о химических мифах приводят примеры всех таких предсказаний, в том числе и не подтвердившихся.

>>
prev_2018_10_32.jpg

Свинец — один из семи металлов, известных с древности. Он иногда встречается в самородном виде и легко выплавляется из руды. Однако повышенное содержание свинца в организме приводит к отравлению. Как же он может туда попасть?

>>

prev_2018_11_18.jpg

«Скользкость льда, — пишет известный популяризатор науки Я.И.Перельман в одном из рассказов в «Занимательной физики», — зависит главным образом не от гладкости, а <...> от того, что температура плавления льда понижается при увеличении давления…» Однако ученые и преподаватели продолжают обсуждать физику скольжения коньков на морозе, и приведенное Перельманом «простое объяснение» подвергается сомнению.

>>
prev_2018_12_32.jpg

Пищевые красители, особенно синтетические, вызывают больше всего вопросов и возражений, когда речь заходит о пищевых добавках. Важно еще и то, что часто красители добавляют сверх меры, чтобы придать товару более привлекательный вид. Потому что природные красители в разных фруктах и ягодах часто окрашены недостаточно интенсивно. Не следует думать также, что если краситель «натуральный», то есть выделен из природных источников, то он безвреден — это миф. Вот несколько примеров.

>>