Перші 30 сантиметрів ґрунту є основою життя

Цей клапоть педосфери – життєвий простір для більшості коренів. Якщо вони йдуть глибше, то щоб підтримувати рослину, а не щоб живити її. У цій вузькій смузі бактерії, гриби, нематоди та багато крихітних живих істот утворюють так звану біологічну кірку, якою живуть більші живі істоти. Нещодавній огляд тисяч досліджень з багатьма тисячами зразків виявив, що в цих 30 сантиметрах також є метали з концентраціями, що вважаються токсичними в ґрунтах, призначених для вирощування того, що їдять люди. Масштабна робота, опублікована цього четверга в журналі Science, оцінює, що до 17% сільськогосподарських земель мають надмірні концентрації одного або декількох металевих елементів.

Група американських, європейських та китайських дослідників переглянула тисячі попередніх досліджень про наявність металів у ґрунті. Вони знайшли понад 82 000 робіт. Після застосування до них ряду фільтрів, таких як належність до цього століття, вивчення найповерхневішого шару педосфери або вимірювання концентрації металів у зразках ґрунту, вони зупинилися на близько 1500 дослідженнях. Загалом вони мали інформацію з майже 800 000 точок у населених регіонах планети. Спираючись на систему машинного навчання, галузь штучного інтелекту, вони змоделювали та оцінили площу планети з надмірною присутністю одного або декількох із семи металів, які вони вивчали: арсен, який насправді є металоїдом і визнаним канцерогеном; кадмій, також пов'язаний з різними видами раку і накопичується у фруктах і зернах, особливо в рисі; хром, метал, який має дві валентності, одна з яких високої токсичності і зазвичай походить з промисловості дублення шкіри або пігментів; кобальт, важливий елемент літієвих батарей і тому є причиною експлуатації та воєн у Центральній Африці; мідь, присутня в природному вигляді у вітамінах, але надлишок якої викликає ендокринні проблеми; нікель, необхідний для розвитку рослин, але надлишок якого їх пригнічує; і свинець, який впливає на інтелектуальний розвиток дітей, пошкоджуючи їхню нервову систему.

Це дослідження виявило, що від 14% до 17% оброблюваних ґрунтів планети мають високі концентрації принаймні одного з цих металів. У гектарах вищий відсоток еквівалентний площі близько 242 мільйони. «Ми також показуємо, що від 900 до 1400 мільйонів людей (11%-18% світового населення) живуть у районах із забрудненими ґрунтами. Це дуже багато людей», – каже Джером Нріагу, почесний професор екологічної хімії Мічиганського університету (США) та старший автор цього дослідження. Слід розрізняти забруднення та підвищену концентрацію. Перше зазвичай стосується процесів антропогенного походження, таких як видобуток корисних копалин або катастрофи, такі як Асналькояр. Друге обмежується концентраціями, зумовленими природними причинами, такими як вплив навколишнього середовища (лід, дощі, сонячне випромінювання...) на педосферу.

На карті показано зони (червонуватих відтінків), де концентрація одного або декількох металів перевищує поріг, після якого вони стають токсичними. Якщо зменшити масштаб до регіонального рівня, то 19% сільськогосподарських земель Китаю мають високі концентрації металів, значною мірою через забруднення людиною. Ще вищі відсотки спостерігаються у значній частині півночі та центру Індії. Для Європи автори використовують дані програми LUCAS. За цим акронімом ховається проєкт, ініційований Європейською комісією та очолюваний її Спільним дослідницьким центром для вивчення стану та змін на території Співтовариства. Згідно з даними тисяч зразків ґрунтів, зібраних періодично, до 28% ґрунтів країн, що входять до Європейського Союзу, мають надмірну присутність принаймні одного металу. Але це дані по всій території, а не тільки по землях, відведених під сільськогосподарські культури.

Щодо металів, то кадмій має найбільше поширення на карті, присутній у токсичних концентраціях у 9% ґрунтів. Далі йдуть нікель і хром, зі значними концентраціями на Близькому Сході та на півночі Росії. Потім арсен, карта якого збігається з картою забруднення водоносних горизонтів у великих районах Китаю, а також у кількох районах Південної Америки. Список завершують кобальт, з найвищими концентраціями в таких країнах, як Замбія та Демократична Республіка Конго, забруднення, яке тісно пов'язане з видобутком корисних копалин; мідь і свинець, найтиксичніший з усіх металів, що викликає пошкодження навіть у дуже малих дозах.

«Широке поширення забруднення кадмієм походить як з природних, так і з антропогенних джерел», – нагадує в електронному листі дослідник з Університету Цінхуа (Пекін, Китай), Школи навколишнього середовища, Дейі Хоу, перший автор цього глобального дослідження. «Геохімічно певні матеріали материнської породи [підґрунтя під ґрунтом], такі як чорні сланці, містять високий рівень кадмію, що призводить до підвищених концентрацій у ґрунті через вивітрювання», – додає він. Антропогенна діяльність ще більше посилює цю проблему, «зокрема використання фосфатних добрив з кадмієм, зрошення стічними водами, промислові викиди від видобутку корисних копалин, плавки та переробки електронних відходів, а також атмосферні відкладення, що утворюються в результаті спалювання вугілля», – доповнює Хоу. Цей комбінований ефект між антропогенним забрудненням і природними концентраціями пояснює занепокоєння вчених.

Коли на карту наносять наявність металів (див. зображення), одразу виявляється смуга, яку вони називають коридором, багатим на метали, з підвищеними концентраціями. Вона простягається від півночі Італії до південно-східного Китаю, проходячи через Грецію, Анатолію, Близький Схід, Іран, Пакистан і північ та центр Індійського субконтиненту. Це густонаселені райони і з давніх-давен, і дослідники пов'язують теперішню ситуацію з минулим: «Ці регіони значною мірою збігаються з центральними районами перших людських цивілізацій, включаючи давньогрецьку та римську цивілізації, перську культуру, давньоіндійські суспільства та цивілізацію річки Янцзи в Китаї», – нагадує Хоу. Попередні дослідження крижаних кернів, видобутих у Гренландії та Сибіру, виявили аномальні концентрації свинцю, що сягають понад 2000 років тому. Цей метал є ключовим у металургії срібла. «Хоча природні фактори, такі як вивітрювання материнської породи та фітоекстракція [поглинання корінням], впливають, тисячоліття інтенсивної людської діяльності, зокрема видобуток корисних копалин і плавка, були ключовими факторами. Цей коридор відображає тривалу спадщину людського впливу на поверхню землі та надає переконливі докази антропоцену як нової геологічної ери», – підсумовує китайський вчений.

Однак дослідження не розподіляє провину між природою та людьми. Це не було його метою, і також нелегко визначити походження металів з глобальної перспективи. Різний темп обох процесів також не допомагає. Розлив, як в Асналькоярі, стався за кілька годин 25 квітня 1998 року, але природне надходження металів у педосферу відбувається дуже повільно. Утворення нового ґрунту, наприклад, становить близько трьох міліметрів на століття. Такі повільні явища, як закінчення останнього зледеніння, яке потребувало близько 10 000 років для відступу льодів, чітко це показують. Знову подивившись на карту, можна побачити, що вище 50-ї паралелі північної широти (яка перетинає Німеччину із заходу на схід) майже немає підвищених концентрацій металів. Як пояснює дослідник Мануель Дельгадо Бакерізо з Інституту природних ресурсів та агробіології Севільї (IRNAS) CSIC, «періоди зледеніння мають дуже сильний вплив на біохімію ґрунту; коли ці льоди відступають, ґрунт повністю зникає, залишаючи повністю оголеною материнську породу». А разом із ґрунтом зникають і метали.

Дельгадо Бакерізо, експерт з питань екологічного впливу забруднення ґрунтів, нагадує, що «важкі метали загалом досить токсичні, але потрібно досягти високих рівнів». Крім того, «ці дослідники дивилися на це в ґрунті, а не в самих продуктах харчування, які ми могли б споживати», – нагадує науковець з IRNAS, який не брав участі в дослідженні. Але великою проблемою для нього є встановлення порогів, щоб знати, з якої концентрації певного металу на кілограм ґрунту він є шкідливим для самого ґрунту, для життя в ньому або для здоров'я людини. «Немає встановлених стандартів», – нагадує він. Автори цього дослідження пішли до меж, встановлених у десятці країн, і вивели середнє значення. Але навіть так не охоплюється весь масштаб проблеми.

Дельгадо Бакерізо підсумовує: «Проблема полягає в тому, що багато важких металів мають кумулятивний ефект, ви можете піддаватися впливу невеликої кількості, але якщо ви піддаєтеся впливу цієї невеликої кількості протягом тривалого періоду часу, це може вплинути на здоров'я». Найбільш очевидним прикладом є свинець. З тих пір, як римляни почали використовувати його для своїх водопроводів, його використовували протягом 2000 років для розподілу проточної води.