Hořící kousek bílého fosforu dokáže na kůži způsobit popáleninu, která se prožere tkání až ke kosti. A když se lékaři pokusí zbytky z rány odstranit, látka se při styku se vzduchem může znovu vznítit přímo během ošetření. Tentýž prvek ale člověk potřebuje k tomu, aby vůbec nějaké kosti měl. Je součástí DNA i molekul, s jejichž pomocí buňky hospodaří s energií, a bez jeho těžby by se současné zemědělství neobešlo. Fosfor, prvek s patnácti protony, se lidstvo naučilo používat k tomu, aby mělo co jíst – i k tomu, aby se navzájem zabíjelo.
Vosk, který se zapálí sám
Na první pohled nic nenaznačuje, že by bílý fosfor patřil do dělostřeleckého granátu. Je to nažloutlá voskovitá látka, která připomíná něco mezi obyčejným voskem a zapomenutou chemikálií ze staré laboratoře. Jenže tento vosk nepotřebuje jiskru. Za vhodných podmínek se na vzduchu zapálí sám, a to už při teplotě kolem 30 °C – tedy za běžného letního dne.
Při hoření reaguje se vzdušným kyslíkem, uvolňuje teplo a vytváří hustý bílý dým. Právě proto ho armády používají ke kouřovým clonám: když je potřeba zakrýt přesun vojáků nebo techniky, fosfor během chvíle vytvoří neprůhlednou stěnu. Hoření slouží i k osvětlení prostoru nebo k zapalování cílů. Do granátů a minometné munice se fosfor dostal už za první světové války.
V zákopech měl kromě ničivého účinku ještě jeden pochopitelný efekt: vojáci se ho báli. Když se hořící kousek zachytí na oblečení, nestačí počkat, až dohoří. Zdroj tepla zůstává přímo na těle a dokáže se prožrat pod kůži až ke kostem. Podle Světové zdravotnické organizace způsobuje bílý fosfor hluboké popáleniny a proniká do podkožní tkáně. Rozpouští se v tucích, může se vstřebat do těla a poškodit další orgány. Zdánlivě uhašená částice navíc po opětovném přístupu kyslíku znovu vzplane, proto se rána při ošetření udržovala pod vodou nebo fyziologickým roztokem, který přístup kyslíku omezí. Zranění fosforem tak může ohrozit i zdravotníky, kteří ho ošetřují.
Proč bílý fosfor nepatří mezi chemické zbraně
U takové látky by se dalo čekat, že její použití bude jednoznačně zakázané. Mezinárodní právo ale neposuzuje zbraně podle toho, jak děsivě vypadá jejich účinek. U chemických zbraní rozhoduje toxicita a to, jak se využívá – tedy jak látka chemickým působením narušuje životní procesy. Tak to vymezuje Organizace pro zákaz chemických zbraní. U fosforové munice určené ke kouřovým clonám nebo k zapalování je hlavním účinkem hoření, a proto se automaticky neřadí do stejné kategorie jako nervově paralytické látky.
Bílý fosfor přitom jedovatý je. O právním zařazení každého jeho použití však samotná jedovatost nerozhoduje. Zápalné zbraně upravuje zvláštní mezinárodní protokol, který odlišuje munici navrženou primárně k zapalování od munice, u níž je zápalný účinek jen vedlejší – například u některých kouřových prostředků. Mezinárodní výbor Červeného kříže na důsledky tohoto rozlišení dlouhodobě upozorňuje, ale i na fosforovou munici se stále vztahují obecná pravidla vedení války včetně ochrany civilistů a zákazu nerozlišujících útoků. Díky svým specifickým vlastnostem se tak fosfor udržel ve vojenské službě, přestože dokáže způsobit brutální zranění.
Napjatá pyramida ze čtyř atomů
Molekulu bílého fosforu tvoří čtyři atomy uspořádané do malé trojboké pyramidy, čtyřstěnu. Každý atom sedí v jednom rohu a vazby mezi nimi svírají úhel kolem 60 stupňů, což je energeticky krajně nevýhodné uspořádání. Připomíná to konstrukci smontovanou násilím: drží, ale stačí do ní nešikovně foukat a rozletí se. Právě toto napětí stojí za vysokou reaktivitou bílého fosforu. Při reakci s kyslíkem vznikají energeticky mnohem výhodnější produkty a rozdíl energie se uvolní jako teplo. Když reakce běží dost rychle, vzniká oheň.
Vedle bílého existuje i červený fosfor, v němž jsou atomy propojené do rozsáhlejší struktury. Za běžných podmínek je mnohem stabilnější a najdeme ho třeba ve škrtací plošce na krabičce zápalek. Pořád je to tentýž prvek, jen jinak propojené atomy změní chování celého materiálu.
V lidském těle jde fosfor ještě dál. Tvoří součást fosforečnanů neboli fosfátů, v nichž je atom fosforu typicky navázán na kyslík. Fosfátové skupiny jsou dost stabilní, aby mohly stavět biologické struktury, a zároveň dost nestabilní, aby s nimi enzymy mohly cíleně pracovat – připojovat je, přenášet mezi molekulami a zase odpojovat. Díky tomu se fosfor uplatňuje při stavbě těla i při řízení toho, co se v něm děje.
Alchymista, moč a světlonoš
Spojení fosforu s lidským tělem se projevilo už při jeho objevu, i když způsobem, který by si nikdo nechtěl zopakovat. Německý alchymista Hennig Brand se v 17. století snažil získat kámen mudrců, tedy látku, která měla mimo jiné proměnit obyčejné kovy ve zlato. Jako slibný výchozí materiál si zvolil lidskou moč. Zatímco většina lidí řešila, jak se jí co nejrychleji zbavit, Brand ji shromažďoval, nechával stát, odpařoval a experimentoval se zbytky. Zápach v jeho dílně si lze snadno domyslet.
V roce 1669 při pokusech získal podivnou látku, která ve tmě slabě svítila a na vzduchu se mohla i zapálit. Objevil fosfor. Zlato to nebylo, ale látka, která sama svítí, je na pokus začínající nočníkem slušný výsledek. Název fosfor pochází z řeckého označení pro světlonoše – podle slabého světélka, které vzniká při pomalé reakci se vzdušným kyslíkem.
Kosti, zuby, DNA a buněčné membrány
Brand netušil, jak významný prvek izoloval. Dnes víme, že většinu fosforu člověk nenosí v moči, ale v kostech a zubech, kde je uloženo zhruba 85 % jeho celkového množství v organismu. Spolu s vápníkem tvoří minerál hydroxyapatit, který dává kostem a zubům tvrdost. Rčení, že kosti a zuby potřebují vápník, je tak jen polovina pravdy.
Zbytek fosforu je v krvi a měkkých tkáních, kde plní další úkoly. V DNA a RNA propojují fosfátové skupiny jednotlivé stavební jednotky do dlouhých řetězců. Informace o tom, jak člověka postavit a udržet v chodu, potřebuje fyzický nosič a tělo si pro něj vybralo molekulu postavenou kolem fosforu. Fosfor je také ve fosfolipidech, z nichž se skládají buněčné membrány. Každá buňka musí oddělit vnitřní prostředí od okolí a řídit, co projde dovnitř a co zůstane venku. Fosfor tedy stojí u stavby genetického materiálu i obalů, které celou tuto malou chemickou provozovnu drží pohromadě.
ATP: energie, která běží na fosforu
Tím jeho práce nekončí. Fosfor se podílí i na přenosu energie. Svaly nedokážou čerpat energii přímo z kusu smaženého kuřete po jednotlivých soustech. Buňky potřebují způsob, jak energii získanou rozkladem živin předat konkrétním reakcím, a k tomu slouží mimo jiné molekula ATP neboli adenosintrifosfát. Předpona tri znamená tři fosfátové skupiny. Při přeměně ATP na ADP a volný fosfát se za podmínek v buňce uvolní energie, která pohání další práci – stah svalu nebo přenos látek přes membránu.
Samotná energie pochází z potravy, fosfor je součástí systému, který ji doručí tam, kde je potřeba. Buňky tyto přeměny provádějí neustále, jinak by přestaly fungovat. Z toho plyne jednoduchý závěr: fosfor je nutné sníst. Organismus si nový chemický prvek nevyrobí, musí ho získat z okolí, stejně jako rostliny a další organismy. Lidé jsou uhlíkové formy života dýchající kyslík, ale jejich energie běží na fosforu. Bez něj člověku síly dojdou, ať dýchá sebevíc.
Z buňky na pole: fosfor odchází s úrodou
Rostliny, které jíme, přijímají fosfor z půdy; lidé ho pak dostávají v rostlinné stravě nebo prostřednictvím zvířat, která se rostlinami živila. Dokud rostlina roste, vytahuje z půdy živiny a zabudovává je do svého těla. Kdo ji sklidí a odveze, odveze s ní i část fosforu z pole. Při opakovaném pěstování na stejném místě je nutné fosfor do půdy nějak vrátit.
Půda sice fosfor obsahovat může, ale ne vždy ve formě, kterou rostlina snadno využije. Rozhoduje tedy nejen jeho přítomnost, ale i dostupnost. Když dostupného fosforu chybí, narážejí růst a vývoj na omezení, které nevyřeší snaživý pohled na pole ani dovoz jakéhokoli fosforu. Proto má fosfor místo hned vedle dusíku a draslíku na obalech hnojiv: zkratka NPK označuje právě tyto tři základní živiny a prostřední číslo udává podíl fosforečné složky.
Dlouho se živiny na pole vracely v podobě hnoje a dalších organických zbytků. S rostoucím počtem obyvatel ale přibývá fosforu, který zůstává uložený v lidských tělech a do půdy se nevrátí, nebo to nestihne. S růstem měst a s potravinami převáženými na velké vzdálenosti se koloběh přerušuje: fosfor opouští pole a končí v jídle, které skončí úplně jinde než na tom poli.
Kostní moučka, kosti bizonů a fosfátové doly
Zemědělství s rozvojem měst potřebovalo další zdroje. Jedním z nich byly kosti – když jsou největší zásobárnou fosforu v těle, mohou se po zpracování stát i zdrojem fosforu pro rostliny. Používala se kostní moučka a později postupy, při nichž kyselina pomáhala převést fosforečnany do formy dostupnější pro rostliny. V Americe 19. století se do tohoto průmyslu dostaly i kosti bizonů. Po masovém vybíjení zůstávaly ostatky zvířat na pláních, lidé je sbírali a prodávali ke zpracování mimo jiné na hnojiva. Další úrodu tak živily zbytky zvířat, jejichž stáda předtím lidé téměř vymazali z povrchu planety.
S rostoucí poptávkou bylo nutné najít zdroje nezávislé na množství nasbíraných kostí. Fosfor naštěstí obsahují i horniny. Z fosfátových ložisek ho lze těžit ve velkém a těžba se postupně stala základem výroby průmyslových hnojiv. Ve Spojených státech se tento průmysl rozvíjel po občanské válce mimo jiné v Jižní Karolíně, později získala význam Florida včetně oblasti Bone Valley, neboli údolí kostí – podle množství fosilních pozůstatků nalézaných v tamních ložiscích.
S těžbou přišla těžká technika, doprava a továrny na zpracování suroviny. Fosfor už nebyl jen něčím, co se získává z odpadu nebo ze zvířecích zbytků; kvůli němu se začaly přesouvat obrovské objemy hornin, aby se živiny dostaly na zemědělskou půdu. S rostoucí populací rostla potřeba jídla a vznikaly pracovní pozice, které dřív neexistovaly. Víc lidí neznamenalo méně práce – vznikla práce nová.
Muscle Shoals: z muničního projektu továrna na hnojiva
Kdo si dnes koupí chleba, velkou část jeho příběhu nevidí. Dávno před obilím, mlýnem a pekárnou mohlo stát fosfátové ložisko, důl a chemický provoz. A tentýž provoz mohl zásobovat i úplně jinou výrobu než potravinovou: z fosfátových sloučenin se vyrábějí hnojiva, ale i elementární fosfor pro další chemický průmysl.
Velmi konkrétně se toto propojení projevilo v americkém průmyslovém areálu Muscle Shoals v Alabamě. Vznikl tam projekt, který měl Spojeným státům pomoci s výrobou surovin pro munici. Zpočátku šlo hlavně o dusíkaté látky pro výbušniny – Američané chtěli omezit závislost na dovozu ledku z Chile, který mohla ohrozit válka na moři. Součástí plánu byla velká přehrada s vodní elektrárnou. První světová válka ale skončila dřív, než se projekt podařilo dokončit. Přehrada se dostavovala ještě ve 20. letech a o dalším využití areálu se vedly dlouhé spory.
V roce 1933 areál převzala nově založená Tennessee Valley Authority (TVA), státní organizace, která měla pomoci s rozvojem celého regionu včetně zemědělství. Půda tam byla vyčerpaná a výnosy velmi nízké. Opuštěné průmyslové zázemí se proto začalo využívat k výzkumu a výrobě hnojiv. Podle samotné TVA byly některé starší elektrické pece přestavěny na zpracování fosfátů a ve 30. letech už centrum vyrábělo koncentrovanější fosforečná hnojiva.
Mělo to praktický význam. Když hnojivo obsahuje větší podíl využitelné živiny, není kvůli stejnému účinku nutné vozit a rozhazovat tolik materiálu. A když se zemědělci zároveň naučí s hnojivem správně zacházet, promítne se to výrazně do výnosů. TVA proto vedle chemických provozů spolupracovala i s farmami, které nová hnojiva a postupy zkoušely v praxi. Nestačilo vyrobit dobrý produkt, bylo nutné ho dostat na pole a zjistit, jak ho v konkrétních podmínkách používat. Prostřednictvím místních zemědělských spolků se hnojiva dostávala na vybrané farmy; farmář dostal hnojivo a sousedé se chodili dívat, jak mu rostou výnosy. Pak ho začali používat také. V původně chudém a neúrodném regionu výnosy postupně rostly – fosfor pozvedl vyčerpanou půdu ze dna a dopad toho se projevil po celém světě.
Stejný areál, jiný účel: fosfor pro armádu
Schopnost dodávat fosfor zemědělství ale zároveň znamenala schopnost dodávat ho armádě. Za druhé světové války a během války v Koreji se Muscle Shoals stalo významným dodavatelem fosforu pro vojenské použití. V dobovém pojednání o činnosti TVA v americkém Kongresu zaznělo, že za druhé světové války odtud pocházelo přibližně 60 % elementárního fosforu, který použily americké ozbrojené síly.
Tentýž areál, který pomáhal dostávat živiny do půdy, živit lidi a držet je naživu, dodával materiál pro munici určenou k zabíjení jiných lidí na druhé straně planety. A nešlo jen o zápalné prostředky: podle historie, kterou TVA zveřejnila, se tam za studené války vyráběla i složka používaná při výrobě nervově paralytické látky.
Představa, že určitá chemická sloučenina přirozeně patří buď do mírového, nebo do vojenského světa, se tak při bližším pohledu rozpadá. Rozhoduje, co se z ní vyrábí a k čemu se to použije. Vlastnosti jednoho atomu nabízejí obrovské možnosti, výrobní program ale za lidi nevyberou.
Závěr
Fosfor drží pohromadě kosti, nese genetickou informaci, pohání každý pohyb svalu a díky hnojivům živí miliardy lidí. Tatáž chemie, která z vyčerpané půdy udělala úrodnou, plnila zápalné granáty a pomáhala vyrábět bojové látky. Prvek, který život umí vytvářet i ničit, sám nerozhoduje o ničem – rozhodují lidé, kteří s ním pracují.
