В 1798 г. английский экономист Томас Мальтус издал книгу «Опыт о народона­селении», где изложил свою знаменитую теорию: численность населения Земли имеет тенденцию возрастать в геомет­рической прогрессии, в то время как средства к существованию увеличивают­ся только в арифметической. Из этой теории следовало, что в будущем чело­вечеству грозит голод. Подобный вывод подтвердил столетием позже английский учёный Томас Гексли, друг Чарлза Дар­вина и пропагандист его учения.

Чтобы избежать «голодной смерти», людям предстояло резко увеличить уро­жайность, а для этого надо было улуч­шить питание растений. Вероятно, пер­вый опыт в данном направлении провёл в начале 30-х гг. XVII в. один из круп­нейших учёных своего времени, нидер­ландский врач и алхимик Ян Баптист ван Гельмонт. Он взял 200 фунтов (около 80 кг) сухой земли, насыпал в большой горшок, посадил ветку ивы и принялся усердно поливать её дожде­вой водой. Ветка пустила корни и нача­ла расти, превращаясь постепенно в де­ревце. Опыт продолжался пять лет. За это время растение прибавило в массе 164 фунта 3 унции (около 66 кг), тогда как земля «похудела» всего на 3 унции, т. е. меньше чем на 100 г. Значит, рас­тения берут питательные вещества толь­ко из воды, решил ван Гельмонт.

Последующие исследования это вроде бы опровергли. Поскольку в во­де нет углерода, который составляет ос­новную массу растений, выходило, что они «питаются воздухом», поглощая из него углекислый газ. Последний, кстати, как раз открыл ван Гельмонт и назвал «лесным воздухом» — совсем не потому, что его много в лесах, а из-за того, что образуется он при горении древесного угля...

Теорию «воздушного питания» рас­тений развил швейцарский ботаник и физиолог Жан Сенебье (1742—1809). Он экспериментально доказал, что в листьях растений происходит разло­жение углекислого газа: кислород выде­ляется, а углерод остаётся в растении.

Некоторые учёные возражали против такой точки зрения, считая, что осно­ва питания растений — органические вещества почвы. Это как будто подтвер­ждала вековая практика ведения сель­ского хозяйства: почва, богатая пере­гноем, хорошо удобренная навозом, давала высокие урожаи.

Великий немецкий химик Юстус Либих впервые указал на истощение почвы минеральными веществами и на необходимость возвращать их в землю. В 1840 г. он выпустил книгу «Органи­ческая химия в применении к земледе­лию и физиологии», в которой, в част­ности, писал: «Придёт время, когда каждое поле, сообразно с растением, которое на нём будут разводить, будет удобряться свойственным удобрени­ем, приготовленным на химических заводах».

Думаете, идеи Либиха были всеми приняты с восторгом? Отнюдь. «Это самая бесстыдная книга из всех, которые когда-либо попадали мне в руки» — так оценил работу учёного его сооте­чественник, профессор ботаники Тюбингенского университета Хуго Моль (1805—1872). «Совершенно бессмыс­ленная книга», — вторил ему известный немецкий писатель Фриц Рейтер (1810— 1874), занимавшийся некоторое время сельским хозяйством. Газеты печатали оскорбительные письма и карикатуры, высмеивая теорию минерального пита­ния растений.

Частично виноват в этом был и сам Либих, ошибочно полагая, что минераль­ные удобрения должны содержать толь­ко калий и фосфор, тогда как третий не­обходимый компонент — азот растения могут усваивать из воздуха. Ошибка Либиха, вероятно, объяснялась непра­вильной интерпретацией опытов извест­ного французского агрохимика Жана Ба­тиста Буссенго (1802—1887). В 1838 г. Либих сделал неверный вывод о том, что некоторые растения могут усваивать азот прямо из воздуха. В результате пер­вые попытки применить лишь калийно-фосфорные удобрения повсеместно да­ли отрицательный результат. У учёного хватило мужества открыто признать эту свою ошибку. В целом же его теория в конце концов победила. Со второй половины XIX в. земледельцы стали при­менять химические удобрения (супер­фосфат, сульфат аммония), для произ­водства которых строились заводы.С фосфорными и калийными удоб­рениями особых проблем не было: нед­ра Земли изобилуют солями этих эле­ментов. Иначе дело обстояло с азотом. Богатейшим источником его в течение десятилетий была чилийская селитра — природный нитрат натрия. Разработка месторождений селитры занимала пер­вое место в горнодобывающей про­мышленности Чили XIX в. В этой стра­не встречаются огромные пространства, где никогда не бывает дождей. В пус­тыне Атакама в предгорьях Кордильер благодаря разложению растительных и животных органических остатков (в ос­новном гуано — птичьего помёта) за ты­сячелетия образовались уникальные за­лежи селитры. В виде полосы шириной 3 км они тянулись вдоль берега океана почти на 200 км (толщина пласта коле­балась от 30 см до 3 м), а в котловинах напоминали высохшие озёра. В селитре часто встречались примеси: немало сульфата и хлорида натрия, глины и пес­ка, а иногда и неразложившиеся остат­ки гуано. Интересной особенностью чилийской селитры является присутст­вие в ней иодата натрия NaIO₃.

К разработке этих месторождений приступили ещё в начале XIX в. Иногда залежи были такими плотными, что для их извлечения требовались взрывные работы. После растворения породы в горячей воде раствор фильтровали и охлаждали. При этом в осадок выпадал чистый нитрат натрия, который шёл на продажу в виде удобрения. Из оставше­гося после кристаллизации раствора (его называют маточным) добывали иод. В XIX в. Чили стало главным поставщи­ком этого редкого элемента.

В 1885 г. запасы чилийской селитры оценивались в 90 млн. тонн. Казалось бы, в обозримом будущем «азотное голода­ние» растениям не угрожало. Но факти­ческие темпы роста населения и сель­скохозяйственного производства в мире заметно отличались от расчётных.

Если во времена Мальтуса экспорт чилийской селитры составлял всего 1000 т в год, то в начале XX в. он исчис­лялся уже миллионами тонн! Запасы её быстро истощались, тогда как потреб­ность в нитратах стремительно росла.

Положение усугублялось тем, что се­литра была необходима и для производ­ства пороха (военные сорта его в конце XIX в. содержали 74—75 % KNO₃), ко­торый получали по обменной реакции NaNO₃+KCl=NaCl+KNO₃, основыва­ясь на резком различии растворимости продуктов реакции в зависимости от температуры. Если слить горячие кон­центрированные растворы NaNO₃ и KCl и затем охладить смесь, то значительная часть KNO₃ выпадет в осадок, а почти весь NaCl останется в растворе.

Ситуация казалась безвыходной, по­ка немецкий химик Фриц Габер (1868— 1934) не разработал в 1907—1909 гг. метод связывания атмосферного азота в аммиак (в 1918 г. Габер получил за эти исследования Нобелевскую премию). Превратить аммиак в нитраты и другие соединения азота было уже проще. Полагают, что работы Габера существенно повлияли и на мировую историю.

Удобрения: 1 — аммиачная вода; 2 — мочевина; 3 — аммиачная селитра; 4 — преципитат; 5 — простой суперфосфат; 6 — двойной суперфосфат; 7 — суперфосфат с добавкой соединений марганца; 8 — хлорид калия; 9 — хлорид калия с добавкой соединений меди; 10 — нитроаммофоска; 1 I — азотно-фосфорно-калийное удобрение с добавками соединений бора; 12 — тукосмесь (хлорид калия, аммиачная селитра, двойной суперфосфат); 13 — нитраты; 14 — компост. Политехнический музей. Москва.

В 1914 г. британский флот блокиро­вал Германию, и она лишилась чи­лийской селитры. Но уже за год до это­го заработал первый организованный Габером завод синтетического аммиа­ка в Оппау. Синтетический аммиак дал стране и удобрения, и порох.

Попутно заметим, что во время вой­ны Габер оказался под сильнейшим вли­янием шовинистической идеологии, призывал отдавать все силы и способно­сти «на благо отечества», принимал участие в разработке химического ору­жия, был руководителем Военно-хими­ческого департамента и организатором военно-химической промышленности Германии. В результате почти одновременно с присуждением учёному Нобе­левской премии страны Антанты внесли его имя в список военных преступников, подлежащих выдаче... Научные заслуги и многолетняя поддержка германского империализма, однако, не избавили Габера, еврея по национальности, от пре­следований пришедших к власти наци­стов. Он вынужден был эмигрировать в Швейцарию, где и умер в 1934 г.

Метол Габера усовершенствовал его соотечественник Карл Бош (1874— . 1940), также удостоенный в 1931 г. Но­белевской премии. В наши дни произ­водство аммиака метолом Габера — Боша составляет примерно 100 млн. тонн в год. Доля же природной селит­ры в мировом производстве азотсодер­жащих соединений не превышает 1 %.