VĚDA: Chemie xenofobie

aneb Za všechno může dusík

Současné problémy s migrací jednoznačně souvisí s populační explozí a válečnými konflikty. M. Šálek např. v NP ze dne 23.6.2015 rozebírá vliv emisí CO2 na migraci do Evropy. Pokusím se dokázat, že za vším je dusík a některé jeho sloučeniny. Země by totiž uživila miliardu lidí, a to ještě jenom vegetariánů, pokud by se nepoužívala umělá hnojiva. Počátkem populační exploze (1 miliarda před stoletím a cca 8 miliard v současnosti) je 9. září 1913, kdy byla v Německu poprvé komerčně zahájena výroba amoniaku Haber-Boschovou syntézou (H-B).

Jak souvisí amoniak s populační explozí? Rostliny potřebují dusičnanové ionty z půdy, ze kterých si syntetizují aminokyseliny a proteiny. Dusík je kromě uhlíku, kyslíku, síry a fosforu účastníkem biogeochemických cyklů (BIGCHC), které umožňují existencí života v biosféře na určité rovnovážné úrovni. BIGCHC dusíku je komplikovaný proces, ve kterém se dusík z atmosféry, tj. z N₂, dostává do půdy ze zbytků rostlin a hnoje ve formě organického dusíku. Organický dusík vzniká významnou měrou při biofixaci pomocí bakterií rodu Rhizobium, které umí rozštěpit velmi pevnou trojnou vazbu v molekule didusíku i při normální teplotě. Tyto bakterie žijí v symbióze s kořeny jetele a luštěnin, což umožňuje aplikovat zelené hnojení. Zelené hnojení znali již starověcí Římané a je docela možné, že již naši předkové někde ve stepích u Donu vyčerpali půdu natolik, že museli migrovat směrem na západ. Z organického dusíku vzniká amoniak (NH₃) a v přítomnosti vody v půdě amonné ionty, které mají kladný náboj a jsou společně s jinými kationty živin (draslíku, hořčíku a vápníku) sorbovány na jílových minerálech (JM). Tato fixace je možná, protože jílové minerály mají dobré sorpční vlastnosti v důsledku záporného náboje na povrchu. Je známou skutečností, že děti jedí hlínu nebo si ji potom jako výdělečně činní kupují v lékárně za drahé peníze ve formě smektitů, což jsou JM. Amonné ionty se drží jílových minerálů velmi pevně a nevyplaví je ani velká voda. Vytěsní je však ionty vodíku, tzv. acidifikací, a taková půda nejen že nerodí, ale navíc dochází k její degradaci a přemění se na desert (poušť, písek). Amonné ionty se potom oxidují nitrifikačními bakteriemi na dusitanové a dále až na dusičnanové ionty, které potom rostliny využívají k produkci aminokyselin. Člověk si část aminokyselin dovede syntetizovat, ale asi deset tzv. esenciálních aminokyselin pro stavbu tělesných proteinů musí získat z jídla.

Biologický proces oxidace dusíku je pomalý a má velmi nízké výtěžky, proto populační exploze mohla začít až po zvládnutí reakce N₂ + 3H₂ = 2NH₃ . (Obávám se, že řada čtenářů této reakci v rámci velmi rozšířené chemofobie neporozumí. V jedné televizní soutěži totiž 60 diváků ze sta nevědělo, jaký je vzorec kuchyňské soli). Reakce, která živí sedm z osmi obyvatel naší planety, probíhá za zvýšeného tlaku a teploty v přítomnosti železného katalyzátoru. Je základem výroby dusíkatých hnojiv, kyseliny dusičné a následně i výbušnin. Člověk zasáhl do biogeochemického cyklu dusíku a vytvořil cyklus technochemický, který má řadu vedlejších negativních účinků. H-B syntéza uspíšila 1. světovou válku a poskytla levné suroviny k výrobě výbušnin pro 2. světovou válku, která měla podle odhadů cca 50 milionů obětí. Pro porovnání je díky této reakci roční přírůstek obyvatel Afriky 50 milionů. Reakce umožnila zvýšit produkci potravin tak, jako by se rozloha obdělávané půdy na Zemi zvětšila o 400 %. V další reakci 2NaN₃ = 2Na +3N₂ zachránil dusík statisíce lidí, a to i vegetariánů, protože proběhne v airbagu po mechanické iniciaci.

Obrovským ekologickým problémem je skutečnost, že z dusíkatého hnojiva se využije pouze cca 10 %. Asi 40 % odteče do povrchových vod ve formě dusičnanových iontů, které mají záporný náboj, a proto se nezachytí na půdním sorpčním komplexu. Přehnojení vede tudíž ke ztrátám, výnosy klesají a kvalita produktu je snížená v důsledku zvýšeného obsahu dusičnanů. Dusičnany se pak v žaludku redukují na dusitany a fixují na krevní barvivo (hemoglobin), které pak není schopno přenášet kyslík. Kojenci po požití náhradní mléčné stravy připravené z vody s vysokým obsahem dusičnanů trpěli tzv. modrou nemocí, což byl problém v minulém režimu, kde se nezveřejňovaly analýzy stolních vod. Dále asi 20 % hnojiva odchází do ovzduší jako amoniak, který se přítomnými radikály OH oxiduje na oxidy dusíku.

Kolem 30 % odejde do atmosféry denitrifikací jako dusík a rajský plyn (oxid dusný). Právě rajský plyn představuje největší hrozbu pro životní prostředí, protože je to plyn skleníkový. Stoupá do stratosféry, kde se vlivem kosmického záření transformuje na oxid dusnatý (NO). Oxid dusnatý je potom základem dusíkového cyklu katalytického rozkladu stratosférického ozonu a přispívá ke vzniku ozonové díry. Oxid dusnatý je přitom v malých koncentracích nejjednodušší tzv. plynový hormon.

V jednom románu G. Simenona říká malý žáček své matce: “Já s tím Řekem sedět nebudu, protože strašně smrdí.“ Matka mu to vysvětluje, že je to tím, že oni jedí hodně česneku, proto je jejich pot cítit. Jinými slovy lidské tělo reaguje na xenobiotika z česneku (aminokyseliny, na kterých je navázána síra) tak, že se je snaží po biotransformaci vyloučit potem a dechem.

Již staří Saracenové v rámci xenofobie propichovali rozžhaveným mečem cizince a věřili, že jejich síla přešla do zbraně. Ve skutečnosti jen došlo k povrchové nitridaci meče dusíkatými sloučeninami, které jsou přítomny ve střevech, a proto byl materiál kvalitnější.

Země socialistického tábora se odmítly zúčastnit letní olympiády v roce 1984 v Los Angeles z důvodu xenofobie, že v LA je mimo jiné nezdravé prostředí a velký přízemní ozon. Guvernér státu Kalifornie rozhodl, že auta nesmí znečišťovat životní prostředí. Na vzniku přízemního ozonu se totiž výrazně podílejí oxidy dusíku z výfuků automobilů. Problém se podařilo vyřešit tzv. lambda sondou ve spojení s Pt Rh katalyzátorem, a to tak, že místo nespálených uhlovodíků, oxidů dusíku a oxidu uhelnatého obsahují výfukové plyny z 90 % dusík, oxid uhličitý a vodní páru. To, co vychází z výfuků současných automobilů s benzínovým motorem, je většinou vodní pára. Proto mě trápí skutečnost, že televizní zpravodajství v době smogové situace opakuje do omrzení záběry na výfuky moderních automobilů místo toho, aby se zakázal v těchto podmínkách provoz aut bez katalyzátorů. Jedno staré auto totiž znečišťuje ovzduší tak jako deset nových. Navíc jako třešnička na dortu je to, že katalyzátory nemilují olovo, proto se musel zavést bezolovnatý benzín, čímž se snížil obsah Pb v krvi dopravních policistů a zřejmě i ostatního obyvatelstva. Xenobiotikum olovo z těla nejde vyloučit a má mj. podíl na snížení inteligence člověka.

Základem xenofobie je hlavně množství eumelaninu (EU) v kožním epitelu. EU je hnědočerný polymer, který vzniká polymerací oxidačních produktů aminokyselin tyrosinu a tryptofanu. EU není xenobiotikum, je přítomen v každém těle, samozřejmě s výjimkou albínů. Na následujícím obrázku je uvedena jeho distribuce podle místa bydliště. Z obrázku jasně plyne, že není EU jako EU.