В нескольких словах
Крупное научное исследование показало, что значительная часть сельскохозяйственных земель мира загрязнена токсичными металлами, что представляет угрозу для продовольственной безопасности и здоровья человека. Загрязнение связано как с природными факторами, так и с деятельностью человека, включая промышленность и сельское хозяйство.
Первые 30 сантиметров почвы — основа жизни
Первые 30 сантиметров почвы — основа жизни. Этот небольшой слой педосферы является жизненным пространством для большинства корней. Если они уходят глубже, то для поддержки растения, а не для его питания. В этом узком слое бактерии, грибы, нематоды и множество крошечных живых существ образуют так называемую биологическую корку, которой питаются более крупные живые существа. Новое исследование тысяч работ и еще большего количества образцов показывает, что в этих 30 сантиметрах также содержатся металлы в концентрациях, считающихся токсичными в почвах, используемых для выращивания продуктов питания. Масштабная работа, опубликованная в четверг в журнале Science, оценивает, что до 17% сельскохозяйственных земель имеют чрезмерные концентрации одного или нескольких металлических элементов.
Группа исследователей из США, Европы и Китая провела обзор тысяч предыдущих исследований о наличии металлов в почве. Они обнаружили более 82 000 работ. После применения ряда фильтров, таких как актуальность (исследования этого века), изучение самого поверхностного слоя педосферы или измерение концентрации металлов в образцах почвы, осталось около 1500 исследований. В общей сложности у них была информация почти о 800 000 точках в населенных регионах планеты. Используя систему машинного обучения, область искусственного интеллекта, они смоделировали и оценили площадь планеты с избыточным содержанием одного или нескольких из семи изученных металлов: мышьяк, который на самом деле является металлоидом и признанным канцерогеном; кадмий, также связанный с различными видами рака и накапливающийся во фруктах и зернах, особенно в рисе; хром, металл, имеющий две валентности, одна из которых обладает высокой токсичностью и обычно поступает из кожевенной промышленности или производства пигментов; кобальт, важный элемент литиевых батарей и, следовательно, причина эксплуатации и войн в Центральной Африке; медь, присутствующая в природе в витаминах, но избыток которой вызывает эндокринные проблемы; никель, необходимый для развития растений, но в избытке угнетающий их рост; и свинец, который влияет на интеллектуальное развитие детей, повреждая их нервную систему.
Это исследование показало, что от 14% до 17% пахотных почв планеты имеют повышенные концентрации по крайней мере одного из этих металлов. В гектарах верхний процент составляет около 242 миллионов. «Мы также показываем, что от 900 до 1400 миллионов человек (11–18% населения мира) живут в районах с загрязненными почвами. Это очень много людей», — говорит Джером Нриагу, почетный профессор экологической химии Мичиганского университета (США) и старший автор этого исследования. Следует различать загрязнение и повышенную концентрацию. Первое обычно относится к процессам антропогенного происхождения, таким как горнодобывающая промышленность или катастрофы, такие как Асналькольяр. Второе ограничивается концентрациями, обусловленными естественными причинами, такими как воздействие окружающей среды (лед, дожди, солнечное излучение...) на педосферу.
Карта показывает области (в красноватых тонах), где концентрация одного или нескольких металлов превышает порог, после которого они становятся токсичными. Hou et al./Science. Если сузить фокус до регионального уровня, то 19% сельскохозяйственных земель Китая будут иметь повышенные концентрации металлов, большая часть из которых обусловлена загрязнением, вызванным деятельностью человека. Еще более высокие проценты наблюдаются на большей части севера и центральной Индии. Для Европы авторы используют данные программы LUCAS. За этим акронимом скрывается проект, инициированный Европейской комиссией и возглавляемый ее Объединенным исследовательским центром для изучения состояния и изменений на территории сообщества. Согласно данным тысяч образцов почвы, собранных на регулярной основе, до 28% почв стран, входящих в Союз, имеют избыточное содержание металла по крайней мере одного металла. Но это данные по всей территории, а не только по сельскохозяйственным землям.
Среди металлов наиболее распространенным на карте является кадмий, присутствующий в токсичных концентрациях в 9% почв. Далее следуют никель и хром, с заметными концентрациями на Ближнем Востоке и севере России. Затем мышьяк, карта которого совпадает с картой загрязнения водоносных горизонтов в обширных районах Китая, а также в нескольких районах Южной Америки. Замыкают список кобальт, с самыми высокими концентрациями в таких странах, как Замбия и Демократическая Республика Конго, загрязнение, тесно связанное с горнодобывающей промышленностью; медь и свинец, самый токсичный из всех металлов, вызывающий повреждения даже в очень малых дозах.
«Широкое распространение загрязнения кадмием происходит как из природных, так и из антропогенных источников», — напоминает в электронном письме исследователь из Университета Цинхуа (Пекин, Китай), Школы окружающей среды, Дэйи Хоу, первый автор этого глобального исследования. «Геохимически определенные материалы коренных пород [подпочва], такие как черные сланцы, содержат высокий уровень кадмия, что приводит к повышенным концентрациям в почве из-за выветривания», — добавляет он. Антропогенная деятельность еще больше усугубляет эту проблему, «в частности, использование фосфатных удобрений с кадмием, орошение сточными водами, промышленные выбросы от горнодобывающей промышленности, плавки и переработки электронных отходов, а также атмосферные осадки, образующиеся при сжигании угля», — заключает Хоу. Этот комбинированный эффект между антропогенным загрязнением и естественными концентрациями объясняет обеспокоенность ученых.
Когда наличие металлов наносится на карту (см. изображение), сразу видна полоса, которую они называют богатым металлами коридором, с высокими концентрациями. Он простирается от северной Италии до юго-восточного Китая, проходя через Грецию, Анатолию, Ближний Восток, Иран, Пакистан и север и центр Индийского субконтинента. Это густонаселенные районы с давней историей, и исследователи связывают нынешнюю ситуацию с прошлым: «Эти регионы в значительной степени совпадают с основными районами ранних человеческих цивилизаций, включая древнегреческую и римскую цивилизации, персидскую культуру, древние индийские общества и цивилизацию реки Янцзы в Китае», — напоминает Хоу. Предыдущие работы с ледяными кернами, извлеченными из Гренландии и Сибири, выявили аномальные концентрации свинца более 2000 лет назад. Этот металл является ключевым в металлургии серебра. «Хотя природные факторы, такие как выветривание материнской породы и фитоэкстракция [поглощение корнями], влияют, тысячелетия интенсивной человеческой деятельности, в частности горнодобывающая промышленность и плавка, были ключевыми факторами. Этот коридор отражает непреходящее наследие воздействия человека на поверхность Земли и предоставляет убедительные доказательства антропоцена как новой геологической эры», — заключает китайский ученый.
Однако работа не распределяет вину между природой и людьми. Это не было их целью, и также нелегко определить происхождение металлов с глобальной точки зрения. Разный темп обоих процессов также не помогает. Разлив, подобный Асналькольяру, произошел за несколько часов 25 апреля 1998 года, но естественное поступление металлов в педосферу происходит очень медленно. Образование новой почвы, например, составляет около трех миллиметров в столетие. Такие медленные явления, как конец последнего оледенения, которому потребовалось около 10 000 лет для отступления льдов, ясно это показывают. Глядя на карту снова, можно заметить, что выше 50-й параллели северной широты (проходящей через Германию с запада на восток) почти нет повышенных концентраций металлов. Как объясняет исследователь Мануэль Дельгадо Бакверизо из Института природных ресурсов и агробиологии Севильи (IRNAS) CSIC, «периоды оледенения оказывают очень сильное воздействие на биохимию почвы; когда эти льды уходят, почва полностью исчезает, обнажая материнскую породу». А вместе с почвой уходят и металлы.
Дельгадо Бакверизо, эксперт по воздействию загрязнения почв на окружающую среду, напоминает, что «тяжелые металлы в целом довольно токсичны, но нужно достичь определенных высоких уровней». Кроме того, «эти исследователи смотрели на почву, а не на сами продукты питания, которые мы могли бы потреблять», — напоминает ученый из IRNAS, не участвовавший в исследовании. Но большой проблемой для него является установление пороговых значений, чтобы знать, начиная с какой концентрации металла на килограмм земли это вредно для самой почвы, для жизни в ней или для здоровья человека. «Нет установленных стандартов», — напоминает он. Авторы этого исследования использовали пределы, установленные в десятке стран, и вывели среднее значение. Но даже это не охватывает всего масштаба проблемы.
Дельгадо Бакверизо заключает: «Проблема в том, что многие тяжелые металлы обладают кумулятивным эффектом, вы можете подвергаться воздействию небольшого количества, но если вы подвергаетесь воздействию этого небольшого количества в течение длительного периода времени, это может оказать влияние на здоровье». Самый очевидный пример — свинец. С тех пор как римляне начали использовать его для своих водопроводных труб, его использовали в течение 2000 лет для распределения водопроводной воды.
