最可能对全球人口形成限制的资源

这些磷原子究竟来自何处？它们还将为地球上这几十亿人服务多久？在所有这些生命原子中，磷或许是在任意给定时间里，最可能对地球人口形成限制的资源，尽管专家们对限制我们的资源是什么这个问题还有不同意见，或者更确切地说，他们对这些资源在什么时间以什么方式对全球人口形成限制尚未形成统一意见。

举个例子，我们已经听过太多有关“石油峰值论”的故事。煤炭、石油和天然气是由植物与浮游生物经过数百万年形成的，而当它们被用作能源时，我们撕开它们的原子并送到风中，一同被挥洒的还有将这些原子保持在一起的能量。我们永远也不会将构成它们的这些原子耗光，因为碳原子和氢原子的数量都非常庞大。但我们可能很轻易地在一个世纪左右的时间里将物美价廉的化石烃类分子消耗殆尽，因为我们使用的速度远快于它们形成的速度。

理论上讲，种植粮食作物或水藻也可以将空气与水转化成烃类，从而替代我们所焚烧的燃料，然而成本、物流或伦理方面的问题，却使得这些生物燃料难以达到足够的规模以满足人类需要。然而最终，不管人类的技术与社会适应力如何发展，生命所能获取的原子绝对数量，将决定地球人口的极限。

用最简单的话来说，就是我们并没有制造用于维持身体的原子，而仅仅是从环境中借来了它们。那么，增长的纯粹原子极限是什么呢？如果能对此进行估算，那么我们至少可以明确一个长远的界限从而更好地预测人类的未来。

任何移民月球或火星的理论计划都先放到一边吧。现在的问题不是像扩散孢子那样保存人类这一物种，而只是关系到必须在地球上继续生活的这几十亿人，因为他们永远也不可能登上那些想象中的星际飞船。太空探索以及实现这一过程的技术给我们带来的震撼，很容易让我们对一件客观事实产生盲目——迄今为止，在我们能力所及的范围内，这里仍旧是对我们来说最适合定居的故土。相比于太空中冷酷的虚无，以及宇航员跟星际移民不得不生活的那些监狱般的条件，即便地球上最没有吸引力的城镇也胜似天堂了，所以当我们向其他星球进发之时，可不能忘了跟地球保持联络。

为了开始这个思维实验，你的很多原子都会派上用场，当然准确的数目不可能被测定。你在不断地掉落原子，但同时也在从呼吸与食物中获取新的原子，因此随着时间变化，原子总数也在因人而异地发生波动。并且毫不奇怪，不同专家对人类平均原子数目的估算结果也不同。不过与其花太多心思去顾虑数据的精确性，还不如为了便于说明选择一组合理的数据。

1998年，一篇题为《纳米医学》的文章发表在“前瞻协会”的网站上，作者罗伯特·弗雷塔斯（Robert Freitas）提供了这样一个数据库，这也是我书中相关数据的来源。根据弗雷塔斯的测算，你身体内的原子总量是个天文数字。如果你的体重是150磅（68千克），那么你的原子总数将会大大超过宇宙中可以看到的恒星总数，用科学计数法简单书写出来就是7×1027个原子，但如果要完整写出来，那就是数字7后面带上27个0，或者说是7千亿亿亿。而至今我们所知的恒星总数，大约是这个数字的几千分之一。

如此巨大的数字还是需要一些更直观的形式来加以描述。如果你的原子大小和沙子体积相仿，那么你可以用它们填满大约两万亿个奥运会标准游泳池。那么两万亿个游泳池看起来又是什么样子的呢？如果你真想寻找答案，那么找个地方挖出这些游泳池首先就是个麻烦，因为这相当于整个地球表面积的五倍。

我们还可以用钱来举例。如果每一个原子都是一张百万美元的钞票，而你每秒钟都可以花掉其中一张，那么全部花完它们需要多少时间？别去考虑实际情况了，因为这样你每年可以豪掷36.5万亿美元，如果你乐意的话，足以在半年内付清整个美国的债务了（按2013年底的数据计算）。但如果你要花光剩下的部分，从现在算起还需要222万亿年，届时，宇宙中的所有恒星早就耗光了它们的氢燃料，并已被黑洞、白矮星或寒冷的灰烬所替代。

然而更富想象力的画面还是出自诗人奥利弗·温德尔·霍姆斯（Oliver Wendell Holmes）的那一句话：“用我的灵魂，再筑三座市政厅。”与市政厅一样，你的身体是由几种相对简单的原材料构成的，尽管从巨型超新星爆发而产生的少数稀有重金属——如锌和银——会像给地板抛光一样修饰你的分子，但你身体内主要的原子种类屈指可数。

在你身体的这座“市政厅”中，氢原子和氧原子就好比是砖块和灰浆。一个150磅（68千克）的成年人体内大约有90磅（41千克）都是水，这也是你身体中最主要的氢和氧。这两种原子在遍布着海洋的地球上非常丰富，在我们对原子极限的探索中根本用不着考虑。

当然对于一座大厦而言，光有主材是远远不够的，而且其他相对稀少的材料才会让市政厅变得独一无二。这些“次要”元素中最主要的一种就是碳，你可以将它想象成市政厅中的木材。根据弗雷塔斯的数据，碳大约贡献了体重的1/4，也就是说，150磅的成年人大约含有35磅（16千克）的碳元素。

地球上的碳储备可以“造”出多少人？其实光算上大气就足够多了，因为风中以二氧化碳形式飘散的碳元素总量有大约5000亿吨。如果将这些碳都转化成构建人体所需的形式，足以供大约30万亿人使用。

要实现如此奇异的结果，当然还需要在其他元素可以充足获取的前提下，而且你还需要在造出每个人后让他们都待在干爽的陆地上。然而如何实现后一个需求就很值得怀疑。如果你让30万亿人全部紧挨站着，每个人只占一平方米的空间，那么这么多人将覆盖整个北美洲、中美洲和差不多三分之一个南美洲。在这样的场景下，你在担心碳被用完之前，早就应该需要考虑基本的生存空间是否够用，毕竟这还只是考虑了大气中的碳而已：海洋与沉积物中的碳还要多上好多倍。

除去上面考虑到的氧、氢和碳，其他可能对实际人口上限有影响的元素总量加起来只在你的体内占4％，于是你身体这座“市政厅”的价值也变得更为清晰。为了破坏建设计划，你其实不需要限制主要的原材料供应：比例虽小但同样必要的某种材料出现短缺，一样可以有效地形成限制。在这个比喻中，磷原子可以被想象成螺丝、钉子以及你身体中的电池，而很多专家都在担心这些原料的供应已经极度短缺。《外交政策》杂志于2010年发表的一篇文章说到“磷元素峰值危机”可能是“你从未听说过的最严峻的自然资源短缺”，而最近《新科学家》又发文称其为“潜在的全球性主要环境危机”之一。

那么能够为你的牙齿、细胞膜及身体其他部分提供磷元素的源头都分布在这个星球的哪些角落呢？它们中的大多数都被你踩在脚下。尽管坚硬厚实的玄武岩以及其他火成岩有时也可以被用来开采磷，但它们很低的矿石含量（很少能高于5％）和开采难度，迫使我们用更集中的资源用以喂养这个饥饿的世界。我们如今开发的最有价值的磷矿，都是由发生过富营养化的古老海洋“再生”而来。

在远比恐龙诞生更久远的年代，真菌与植物都从早期的土壤中开采磷元素。雨水将一部分磷原子冲刷到海洋中，浮游生物将其截获，而剩余的那些还在供养着陆地生物。驻扎在你体内的那些磷原子曾经属于数亿年前很多种不同的生物，其中一部分甚至会让你感到不可思议。想象一下，你身体中的部分磷原子曾经以你想成为的各种生命形式，在地球上翱翔、游弋、爬行或蠕动，而且这些关于生命的幻想很有可能曾经就是现实。

如果你是一名典型的美国人，那么给你吃的素食与家畜的饲料增肥的磷，主要来自北卡罗来纳州或佛罗里达的古海洋沉积物，还有一小部分来自摩洛哥。而海洋食品中的磷，主要是从海洋食物链中直接得到；培根、鸡蛋这些畜禽食品中的磷，则由鱼类饲料提供。不过追本溯源，最终这些都会带着你回到海中，而这也是限制我们增长的终极问题。