Между детерминизмом и выбором
Многие исторические перемены являются результатом ограниченного количества возможностей, которые зависят от использования определенных энергий конкретными способами. Опора на разные виды первичной энергии предполагает разные виды повседневной работы и досуга. Жизнь, потраченная на разбивание комьев земли тяжелой мотыгой, выращивание саженцев, перерезание стеблей с помощью серпа, собирание соломы для сжигания и ручной обмолот зерна (все эти занятия были широко распространены в конце XIX века в сельском Китае), не похожа на ту, в которой упряжки сильных лошадей тащат отвальные плуги, механические сеялки и жатки, лесопосадки дают достаточно дерева для больших печей, а муку получают на паровых мельницах (обычное дело в США конца того же столетия).
Схожим образом, опора на различные первичные движители определяет различный комплекс и темп повседневных занятий. Трудоемкое взнуздывание лошадей с помощью узды, нахрапника, оголовника, клешней хомута и самого хомута, подпруги, чересседельника и поводьев; стук подков, скрип экипажа на плохих рессорах, морды отдыхающих животных, опущенные в мешки с кормом, сбор лошадиного навоза на городских улицах и вывоз его в пригородные сады – эти образы ассоциируются с ритмом жизни, совершенно непохожим на тот, который определяется поворотом ключа зажигания, визгом шин, мягким и быстрым движением седанов и пикапов, сетью заправочных станций, легкой доступностью овощей и фруктов, на тяжелых грузовиках доставленных из других стран, или на реактивных лайнерах – с других континентов. Использование энергии в качестве первичного аналитического концепта в человеческой истории таким образом является очевидным, выгодным и желаемым выбором. Но мы не должны смотреть на энергию как на первичный объяснительный фактор. Объяснительную ценность энергетического подхода к истории не стоит преувеличивать. Неточные заявления ведут к умозаключениям, которые невозможно отстаивать. Обобщение по поводу того, что на протяжении тысячелетий более высокая социально-экономическая сложность требовала большего и более эффективно используемого потока энергии, справедливо. Но чтобы сделать вывод, что каждое усовершенствование в потоках энергии ведет к усовершенствованию в культурных механизмах, как иногда утверждают ученые (Fox 1988), – нужно проигнорировать массу противоречащих этому исторических свидетельств.
Единственный плодотворный и перспективный способ понять важность энергии в человеческой истории не сводится ни к упрощенным, детерминистическим объяснениям, которые опираются на изложение бесчисленных энергетических императивов, ни к уменьшению их важности, умалению их роли по сравнению со многими историческими факторами, от климатических перемен и эпидемий до человеческих страстей и прихотей. Конверсия энергии всегда необходима, если нужно чего-то достичь, и ни одна конверсия за пределами нашего тела, начатая и контролируемая людьми, вовсе не предопределена, но только немногие из них возникают случайно. Эта дихотомия важна для воссоздания прошлого таким, какое оно было, и для понимания будущих возможностей: они тоже не предопределены, но их масштаб ограничен, и границы эти определяются в первую очередь потоками энергии.
Императивы энергетических потребностей и видов использования энергии
Сущностная роль энергии в физическом мире и в поддержании жизни отражена в эволюционном и историческом развитии. Доисторическое развитие человеческих обществ и растущая сложность высоких цивилизаций были отмечены бесчисленными энергетическими императивами. Наиболее фундаментальный физический лимит, бесспорно, объем входящего солнечного излучения. Этот поток поддерживает температуру планеты в рамках, подходящих для углеродной жизни, и дает энергию атмосферной циркуляции и водному циклу планеты. Температура, осадки, доступность питательных веществ являются ключевыми детерминантами продуктивности растений, но только часть синтезируемой биомассы съедобна. Эти факторы очерчивают базовые способы существования, плотность населения и социальную сложность всех кочевых обществ. Чаще всего таким группам приходилось быть всеядными. Большая часть их пищевой энергии поступала от собранных, имевшихся в изобилии семян (комбинирующих крахмалы с белками и маслами) и клубней (богатых углеводами).
Концентрированное изобилие и легкая доступность собираемых растений имели большее значение, чем их общая биомасса и разнообразие. Травянистые равнины и лесостепи предлагали лучшие условия для жизни, чем густой лес. Убийство крупных (мясистых и жирных) млекопитающих давало больший выход полезной энергии, охота на меньших животных почти всегда приносила меньшее энергетическое вознаграждение, чем собирание растений. Жиры были самыми желанными питательными веществами, их обычно не хватало. Их высокая энергетическая плотность обеспечивала удовлетворительное чувство насыщения. Эти энергетические императивы диктовали стратегии охоты и собирательства и внесли вклад в появление социальной сложности.
Пока мускулы человека, а позже и животных, оставались единственными первичными движителями, скорость любого труда определялась метаболическими императивами: скоростью переваривания пищи, базовыми метаболическими и ростовыми потребностями гомойотермных тел и механической эффективностью мускулов. Постоянный поток мощности от взрослых людей не мог превышать 100 Вт. Эффективность конвертации пищи в механическую энергию не могла превосходить 20–25 %. Только массовое сосредоточение людей или тягловых животных помогало преодолеть эти лимиты и, как свидетельствуют доисторические и античные монументальные сооружения, такие подвиги, требовавшие эффективного контроля и координации, периодически совершались обществами столь различными, как строители менгиров из Ирландии и Британии, египтяне первых династий и маленькое население острова Пасхи.
Агрессия, приводимая в движение человеческими мускулами, могла осуществляться либо в битве лицом к лицу, либо скрытной атакой с дальности не большей, чем пара сотен метров. Тысячелетиями убийство требовалось совершать, находясь рядом с тем, кого собираешься убить. Человеческая анатомия не позволяет лучнику приложить максимальную силу, когда вытянутую и согнутую руки разделяет больше 70 см. Это ограничивает натяжение, а следовательно, и дальность полета стрелы. Катапульты, заряжаемые многими руками, обеспечили увеличение массы метательных снарядов, но не дальности. Результат битвы лицом к лицу в конечном итоге определялся умением, опытом и случайностью.
Переход от кочевого образа жизни к земледелию произошел благодаря комбинации как социальных, так и связанных с энергией (в первую очередь с питанием) факторов, но последующая интенсификация оседлого земледелия может быть объяснена чисто энергетическими императивами (Boserup 1965,1976). Когда существующий способ производства пищи достигает физического лимита продуктивности, популяция либо стабилизируется в размере (с помощью контроля рождаемости или миграций), либо изобретает более эффективный способ производства пищи. Очертания и продолжительность последовательных шагов интенсификации значительно варьируются, но практически всегда для освоения большего фотосин-тетического материала требуются более высокие вложения энергии. И наоборот, большие урожаи способны поддержать большую плотность населения.
Интенсификация сельского хозяйства также требовала более высоких косвенных энергетических инвестиций: на выведение и прокорм тягловых животных, на создание или приобретение все более сложных инструментов и орудий, на такие долгосрочные инфраструктурные проекты как постройка террас, оросительных каналов, прудов, зернохранилищ и дорог. В свою очередь, для такой интенсификации нужны источники энергии, отличные от человеческих мускулов. Вспашка более тяжелых почв или невероятно сложна или вообще невозможна без тягловых животных. Ручной обмолот зерна очень трудоемок, поэтому были необходимы животные, а позже энергия воды и ветра, чтобы обрабатывать обильные урожаи. Доставка зерна на большие расстояния, в города, почти всегда обеспечивалась только с помощью животных, и иногда – ветра. Производство более надежных и более эффективных железных инструментов и орудий требовало древесного угля, без которого нельзя плавить руду
Ряд особых энергетических императивов придает характерную форму миру традиционного сельского хозяйства. Где в наличии нет большого количества доступных пастбищ и где вся пахотная земля используется для выращивания еды, там потребности человеческой энергии накладывают ограничения на производство пищи и, следовательно, на число крупных тягловых животных. Во всех других случаях (исключая Америку и Австралию) тягловых животных используют все больше и больше, но часто их кормят исключительно травой и пожнивными остатками. По мере того как растет производство зерна на душу населения, достаточное количество обрабатываемой земли может быть предназначено для выращивания высококачественного фуража: в США для него использовалось почти 25 % всех сельскохозяйственных территорий, в густонаселенных низинах традиционной Азии эта величина составляла обычно менее 5 %.
Интенсивность культивации, иными словами, энергетическая плотность производства пищи, тоже оказывала воздействие. В высокоинтенсивных рисоводческих обществах Азии, где использовались террасы и заливные поля на склонах, редко находилось место для пастбищ, и буйволы часто кормились прибрежной травой или даже водными растениями. По контрасту, наличие большого количества скота, лошадей и других домашних животных в богатых землей регионах Европы (и Северной Америки XIX века) оказало влияние как на плотность сельского населения, так и на организацию самих деревень. Изобилие пространства позволяло строить амбары и конюшни и запасать навоз перед тем как использовать его на полях.
Две агроэкосистемы воплощали противоположные черты – традиционные общества юга Китая на реке Янцзы, где доминировал рис, и смешанное земледелие Западной Европы, в значительной степени зависевшее от животных как в области питания (молоко и мясо), так и в области работы. Сельскохозяйственные общества доколумбовой Америки развивались под влиянием отличающихся энергетических императивов. Все остальное было похожим, но кукуруза, злак С4, приносила большие урожаи, чем любой ее конкурент, растущий на сухой земле (пшеница, овес, рожь – все злаки СЗ), и это преимущество повышалось, когда кукурузу возделывали одновременно с бобовыми: кукуруза и бобы составляли основу сельского хозяйства в Америке, за исключением высокогорных регионов Анд, где преобладали картофель и киноа. Кроме того, в Америке, благодаря отсутствию домашних животных, у людей оставалось больше времени и энергии для других задач.
Энергетические императивы, определявшие несельскохозяйственную активность и структуру традиционных обществ, варьировались от ограничений местоположения до проблем с эффективным управлением. Плавка металлов в большом масштабе производилась только с использованием энергии воды, что ограничивало расположение топок и плавильных печей горными районами, даже при возможности недорого перевозить руду и древесный уголь. Мощность тягловых животных и плохие дороги в значительной степени ограничивали объем прибыльной перевозки громоздких материалов по земле; водный путь был предпочтительным, строились каналы. Из-за неэффективных методов производства древесного угля (менее 20 % энергии дерева превращалось в бездымное топливо) вырубались большие площади лесов.
Управление отдаленными территориями, торговые и военные экспедиции сталкивались с трудностями не только из-за низкой скорости, но из-за ненадежности и наземного, и морского транспорта. Переход из Рима в Египет, крупнейшую житницу империи, мог занять всего неделю, а мог – три месяца и более (Duncan-Jones 1990). Неудачу Непобедимой Армады, пытавшейся атаковать Англию в 1588 году, можно приписать большей части ветру: или тому, что его не было, или тому, что он дул с неудачного направления (Martin and Parker 1988). И даже в 1800 году английские корабли должны были ждать, иногда неделями, чтобы правильный ветер позволил войти в залив Плимут-Саунд (Chatterton 1926).
Энергетические императивы оказали влияние на судьбы стран и регионов во время недавних энергетических переходов. Страны, имевшие сравнительно легкий доступ к топливу, которое можно было производить и доставлять с меньшими затратами энергии, чем ранее доминировавшие конкуренты, наслаждались более быстрым экономическим ростом, с его приятными спутниками в виде процветания и улучшения качества жизни. Первый пример, где преимущества такого рода достигли национального масштаба – Голландия с ее высокой зависимостью от торфа, пережившая Золотой век в семнадцатом столетии. Хотя более ранние оценки (De Zeeuw 1978) высокой годовой добычи торфа позже были пересмотрены (Unger 1984), нет сомнений, что этот вид молодого ископаемого топлива в то время был самым важным источником первичной энергии для страны. Только несколькими поколениями позже еще более масштабное преимущество такого рода проявилось в почти полной замене дерева и древесного угля в Англии битуминозным углем и коксом (King 2011). После 1870 года этот опыт значительно превзошла экономика США, сначала опиравшаяся на отличные угли, а позже – на углеводороды.
Без сомнений, последовательно завоеванные лидирующие позиции Голландской республики, Великобритании и США связаны с тем, что эти страны раньше других начали эксплуатировать топливо, доступное с небольшими вложениями полезной энергии (иначе говоря, с большим возвратом полезной энергии). Доминирование ископаемого топлива и электричества создало невиданный ранее уровень технического, и в значительной степени также экономического и социального единообразия (рис. 7.10). Даже базовый перечень универсальных элементов инфраструктуры высокоэнергетичной цивилизации окажется длинным: угольные шахты, нефтяные и газовые месторождения, тепловые и гидроэлектростанции, трубопроводы, порты, очистительные заводы, металлургические предприятия, заводы по производству удобрений, бесчисленные обрабатывающие, химические и производящие предприятия, железные дороги, многоуровневые шоссе, аэропорты, деловые центры сплошь из небоскребов, протяженные пригороды.
Рисунок 7.10. Крупнейший мегаполис Бразилии, Сан-Паулу, сфотографирован в 2013 году. Мегаполисы – идеальные примеры глобального единообразия, которое возникает благодаря высокому уровню использования топлива и электричества (Corbis)
Поскольку универсальные элементы инфраструктуры выполняют одинаковые функции, то и внешний облик их должен быть идентичным или очень похожим, а их созданием и управлением ими все чаще занимается сравнительно небольшое число компаний, обеспечивающих мировой рынок ключевыми машинами, процессами и ноу-хау. Два наиболее очевидных беспокоящих последствия зависимости от мощных потоков энергии – ограничение выбора (иными словами, невозможность отменить существующие практики, не вызвав при этом многочисленных и масштабных неурядиц) и деградация окружающей среды. Первый феномен лучше всего иллюстрирует невозможность ликвидировать высокоэнергетичные субсидии в современном сельском хозяйстве без фундаментальной трансформации всего социума.
Например, замена работающих на полях Америки полевых машин тягловыми животными потребовала бы поголовья лошадей и мулов как минимум в 10 раз большего, чем насчитывалось в начале XX века. Примерно 300 тысяч гектаров, или двойной объем всей пахотной земли США, пришлось бы отвести на выращивание корма, а массу горожан – переселить в сельскую местность. И не только богатые страны не могут вернуться к традиционному сельскому хозяйству без полномасштабной трансформации по доиндустриальному образцу: по причине самой высокой в мире интенсивности удобрения и орошения зависимость Китая от ископаемого топлива в производстве пищи еще больше.
Ограничение выбора является парадоксальным свойством мира, в котором доминирует то, что Жак Эллюль (1912–1994) назвал просто и всеобъемлюще la technique «совокупность методов, рационально продуманных и имеющих абсолютную эффективность (для данной стадии развития) в каждой области человеческой деятельности» (Ellul 1954, xxv). Этот мир дает нам беспрецедентные блага и почти магическую свободу, но взамен современные общества должны не просто адаптироваться к нему, но подчиняться его правилам и структурам. Каждый человек сейчас зависит от этой «техники», но ни один не понимает ее во всей совокупности; мы просто следуем ее диктату в повседневной жизни.
Последствия не ограничиваются невежественным повиновением, поскольку растущая мощь технологий освобождает все большее количество людей от участия в производственных процессах, и только малая часть рабочей силы теперь требуется (со все растущей помощью компьютеров) для проектирования и изготовления предметов, предназначенных для массового потребления. В результате сейчас в продажах продукта занято гораздо больше людей, чем в его разработке, создании и усовершенствовании. В 1960 году 11 из 15 крупнейших компаний США (вверху списка стояли «Дженерал Моторе», «Форд», «Дженерал Электрик» и «Юнайтед Стейтс Стил») принадлежали к числу производителей, и на них работало более 2,1 млн человек; к 2010 году только два производителя, «Хьюлетт-Паккард» и «Дженерал Электрик», с числом работников около 600 тысяч, оказались в топ-15, а доминировали ритейлеры и сервисные компании (Walmart, UPS, «Мак-Доналдс», Yum, Target).
На основе всей этой информации логично представить развитие техники как процесс замещения углеродной жизни машинами (Wesley 1974). Эволюционные параллели между этими двумя совокупностями сущностей выглядят интригующе. Машины живые с термодинамической точки зрения, и их распространение происходит по законам естественного отбора: неудачные варианты не воспроизводятся, новые виды процветают, стремятся к максимальной поддерживаемой массе; успешные поколения становятся все более эффективными (вспомним впечатляющее падение соотношения масса/мощность), более мобильными и имеют более продолжительный срок службы. Эти параллели можно отбросить как забавную биоморфизацию, но доминирование машин остается неоспоримым фактом.
Они уже заменили обширные пространства естественных экосистем инфраструктурой, необходимой для их создания, передвижения и хранения (шахты, железные дороги, шоссе, фабрики, парковки); жизнь человека все в большей степени тратится на обслуживание машин; продукты их «метаболизма» вызывают обширную деградацию почв, воды и атмосферы; общая масса только автомобилей уже выше, чем всего человечества. Конечность запасов ископаемого топлива вряд ли остановит развитие машин. В ближайшей перспективе они могут адаптироваться и стать более эффективными, в долгосрочной – перейти на возобновляемые источники.
В любом случае, только фундаментально неправильное толкование четких геологических данных может дать повод для беспокойства, что из-за высокого потребления ископаемого топлива оно быстро закончится. Запасы ископаемого топлива – малая часть ресурсной базы, чье пространственное распределение и затраты на добычу (в текущих ценах и с существующими технологиями) известны достаточно подробно, чтобы оправдать коммерческое использование. Поскольку мы извлекаем более высокие доли первоначально доступных ресурсов, наилучшей мерой их доступности является стоимость производства предельной единицы минерала. Этот подход учитывает улучшение методов эксплуатации и нашу способность выплачивать цену восстановления. Впечатляющий рост добычи нефти из обильных сланцевых месторождений – благодаря комбинации горизонтального бурения и гидравлического разрыва (Smil 2015а) Америка после 2005 года вновь стала крупнейшим производителем нефти и газа – иллюстрирует громадные возможности, которые еще можно будет эксплуатировать.
Истощение ресурсов, таким образом, не столько вопрос актуального физического исчерпания, сколько проблема возрастания затрат до некомпенсируемого уровня. Если не считать некоторых исключений (таких как отказ от добычи угля в Голландии после открытия супергигантского газового месторождения Гронинген), можно заявить, что не бывает внезапного прекращения добычи ископаемого топлива, только медленное снижение и постепенный переход к новым источникам (британская угольная промышленность является идеальным образцом). Понимание этого является критическим для оценки перспектив цивилизации ископаемого топлива. Тот факт, что ископаемое топливо конечно, не подразумевает фиксированных дат физического истощения угля и углеводородов, и не означает быстрого повышения затрат на добычу этих ресурсов и, следовательно, необходимости стремительного перехода к следующей энергетической эпохе.
Оценки резервов и разведки ресурсов недостаточно, чтобы размышлять о будущем ископаемого топлива. Глобальный спрос и эффективность использования ничуть не менее важны: спрос (движимый комбинацией экономического и популяционного роста) может предсказуемо расти, но он в то же время очень гибок, и эффективность конверсии энергии, даже после многих поколений прогресса, остается далекой от идеала. Вследствие этого не столько беспокойство по поводу быстрого истощения ископаемого топлива – особенно ярко выраженное в работах сторонников неизбежного пика добычи нефти (Deffeyes 2001) – сколько пригодность биосферы к обитанию (в первую очередь глобальные изменения климата) является самой важной кратко- и долгосрочной проблемой, возникшей по причине зависимости мира от угля и углеводородов.
Важность средств контроля
Освоение все новых источников энергии и новых первичных движителей никогда не породило бы далеко идущих последствий без возникновения новых способов обуздания этих энергий, контроля их конверсии в поток необходимого ресурса (тепло, свет, движение), текущий с желаемой скоростью. Средства контроля или триггеры могут открывать ранее закрытые пути и освобождать новые потоки энергии; они также могут увеличивать валовую рабочую производительность уже существующих процессов, делать их более надежными или эффективными. Эти средства могут быть простыми механическими устройствами (водяные колеса) или сложными и высокотехнологичными, которые сами требуют значительного вложения энергии: микропроцессоры в современных автомобилях являются отличным примером. Средства контроля могут сводиться к улучшеному протоколу управления, новым рынкам, фундаментальным политическим или экономическим решениям.
Неважно, насколько лошадь сильная и умелая, она становится эффективным первичным движителем, только когда удила вставляются ей в рот и присоединяются поводьями к рукам наездника; она может тянуть боевую колесницу только при наличии хорошей легкой упряжи; лошадь можно использовать в рыцарской битве только при наличии седла и стремян; она может быть тягловым животным при наличии хомута и железных подков, а ходить в упряжке – только когда неравномерная тяга животных разного размера уравновешивается с помощью ваги.
Отсутствие должных средств контроля сильно снижало эффективность замечательных в иных отношениях первичных движителей. И возникшие проблемы порой устранялись очень медленно. Наверное, лучшим примером такой ситуации была невозможность вычислить долготу местности. К началу XVIII века корабли с парусной оснасткой были эффективными преобразователями энергии ветра и средством создания европейских империй, но их капитаны все еще не могли определять долготу. Как было написано в петиции, поданной английскими капитанами и торговцами в парламент в 1714 году, слишком много кораблей задерживалось в пути и слишком много терялось. Поскольку вращение Земли на экваторе составляет порядка 460 м/с, то определение долготы требует хронометров, которые отклонялись бы не более чем на долю секунды в неделю, чтобы позицию корабля можно было вычислить с ошибкой менее чем в пару километров после путешествия протяженностью два-три месяца. В 1714 году акт британского парламента установил награду в 20 тысяч фунтов тому, кто сможет решить задачу. Приз в конечном итоге получил Джон Харрисон (1693–1776) в 1773 году (Sobel 1995).
Если говорить только о топливе, то история пошла бы другим путем, если бы уголь использовался исключительно как заменитель дерева в открытых топках или если бы сырая нефть годилась лишь на керосин для освещения. В большинстве случаев вовсе не доступ к изобильным энергетическим ресурсам или к конкретным первичным движителям создавал долгосрочные различия. Определяющими факторами были стремление к инновациям, заинтересованность в освоении новых ресурсов и техник, в поиске новых способов их использования. Комбинация этих факторов определяла как энергетическую эффективность целых экономик или отдельных процессов, так и безопасность и приемлемость новых техник конверсии. Примеры этих иногда ошеломляющих, но часто едва заметных воздействий можно найти во всех энергетических эпохах, для всех видов топлива и первичных движителей.
В узком техническом смысле самый важный тип средств контроля включает устройства и системы обратной связи (Doyle, Francis and Tannenbaum 1990; Astrom and Murray 2009). Они передают информацию о конкретном процессе контролирующему механизму, чтобы можно было вносить поправки. Европа начала современной эпохи получила определенное лидерство в развитии подобных устройств. Первыми представителями средств контроля этого типа стали термостаты (например, изобретенный приблизительно в 1620 году голландским инженером Корнелиусом Дреббелем), автоматическое поворотное устройство для ветряных мельниц (запатентовано в 1745 году английским кузнецом Эдмундом Ли), поплавки в бытовых цистернах и паровых котлах (1746–1758) и знаменитый центробежный регулятор Джеймса Уатта, контролировавший мощность паровой машины (1789). Современный самый распространенный пример – микропроцессоры, следящие за тем, как работает двигатель автомобиля или самолета.
Незаменимый тип средств контроля включает инструкции, которые дают возможность копировать системы производства и управления, стандартизировать товары и услуги. Быстрое развитие печати в Европе внесло значительный вклад в развитие этой сферы. К 1500 году более 40 тысяч различных изданий было выпущено в Западной Европе тиражом более 15 миллионов экземпляров (Johnson 1973). Освоение технологии тонкого гравирования на меди в XVI веке и одновременное развитие картографии было другим важным достижением на заре современной эпохи. Еще одной выдающейся инновацией этого типа стало изобретение перфокарт, которым мы обязаны Жозефу Мари Жаккару (1752–1834): поначалу они использовались (с 1801 года) для контроля ткацких операций. До 1900 года перфокарты благодаря Герману Холлериту (1860–1929) стали применять для обработки данных переписей (Lubar 1992). После 1940 года ввод с помощью перфокарт использовали сначала в электромеханических, потом в электронных компьютерах; к настоящему времени они вышли из употребления.
До конца XIX века новые средства контроля оставались в основном механическими. На протяжении XX века прогресс в математике и физике, широкое распространение транзисторов, интегральных микросхем и микропроцессоров позволило создать обширное поле для возникновения все более сложных средств автоматического контроля на электрической и электронной основе. Важнейшие инновации варьируются от широкого распространения радара (для контроля воздушного пространства, наведения ракет, работы автопилота) до миллиардов средств контроля на микрочипах в домашней и промышленной электронике.
В более широком смысле фундаментальные соображения контроля касаются того, как общества обращаются со своими энергетическими источниками и первичными движителями. Как они распределяют их между различными областями потребления? Какого баланса они хотят (если вообще хотят) достичь между противоречивыми тенденциями к автаркии и к росту важности внешней торговли? Насколько открыты они к новым товарам и идеям? Какую цену они готовы платить за военные расходы? Какую форму централизованного контроля они в состоянии осуществить? Ответы на эти вопросы во многом зависят от культурных, религиозных, идеологических и политических ограничений, склонностей и предпочтений. И вновь многочисленные примеры можно обнаружить во всех энергетических эпохах. Особенно показательны два важных контраста: первый между западными и китайскими морскими экспедициями, и второй между русским и японским подходом к экономической модернизации.
Трансокеанские путешествия требовали не только парусов, способных вести корабль круче к ветру, но также более прочных корпусов, хороших рулей и надежных навигационных устройств. Впервые почти все это появилось в Китае, и так были построены большие флоты империи Мин. Всего столетием позже путешествия Марко Поло в Китай эти флоты проникли дальше на запад от Китая чем любой европейский корабль того времени на восток. Между 1405 и 1433 годами китайцы несколько раз посетили воды Юго-Восточной Азии, Индийский океан и побережье Восточной Африки (Needham et al. 1971). Затем из-за резкой инволюции централизованной империи мореплавание стало невозможным.
По контрасту, корабли позднего Средневековья в Европе в качестве первичных движителей были намного худшими, но они участвовали в предприятиях, движимых исследовательскими, агрессивными и алчными побуждениями испанских и португальских правителей и моряков. К XVII веку постоянными стали торговые экспедиции англичан и голландцев: Ост-Индская компания была основана в Лондоне в 1600 году; Голландская VOC (Vereenigde Oost-Indische Compagnie) получила документы в 1602-м (Кеау 2010; Gaastra 2007). Между 1602 и 1796 годами корабли VOC совершили почти 4800 путешествий в Азию, а Ост-Индская компания управляла обширными районами субконтинента между 1757 и 1858 годами. Комбинация экономических, религиозных и политических побуждений привела в конечном итоге к европейскому доминированию на морях и возникновению колониальных империй.
Сравнение экономического состояния России и Японии после 1945 года может быть основано на противопоставлении: количества против качества, автаркии против коммерции, роль государства как верховного арбитра против его роли как ведущего катализатора модернизации. Небольшие запасы угля в Японии, ограниченный гидроэлектрический потенциал и практически полное отсутствие углеводородов вынудили страну стать крупным импортером энергии. Чтобы снизить зависимость от высоких цен на импортное топливо, Японии пришлось стать одним из самых эффективных в мире пользователей энергии (Nagata 2014). Правящая бюрократия продвигала кооперацию государства с промышленностью, технические инновации и прибыльный экспорт.
По контрасту, благодаря исключительному количеству полезных ископаемых в европейской России, в Сибири и в Центральной Азии СССР оказался не только самодостаточным во всех формах энергии, но и сделался значимым экспортером топлива. Но поколения негибкого центрального планирования, автаркические сталинские пятилетние планы, никуда не девшиеся после смерти диктатора, избыточная милитаризация экономики сделали страну наименее эффективным пользователем энергии в индустриальном мире: в последние годы перед падением СССР был, вне всяких сомнений, крупнейшим производителем как сырой нефти (в 1,66 раз больше Саудовской Аравии), так и природного газа (в 1,5 раза больше США), но ВВП на душу населения составлял всего 10 % от показателя для США (Kushnirs 2015).
Главные средства контроля над критически важными потоками энергии часто находились за пределами человеческого влияния: это влияние либо узурпировали, либо оно подвергалось значительному воздействию паразитных отклонений. Исследователи (McNeil 1980) объединили эти понятия в дуальной концепции микро- и макропаразитизма. Микропаразиты – бактерии, грибки, насекомые – препятствуют человеческим усилиям в получении достаточного количества пищевой энергии. Они повреждают или уничтожают злаки, поражают домашних животных или мешают эффективному использованию переваренных питательных веществ, прямо вторгаясь в человеческое тело. Поэтому современные общества тратят значительное количество энергии, чтобы ограничить распространение микропаразитов как на полях, так и в собственной популяции, для чего используются в первую очередь пестициды и антибиотики.
Макропаразитизм сводится к набору средств социального контроля над потоками энергии: сюда относятся как принуждение, от рабства до барщины и военных экспедиций, так и сложные (часто добровольные) взаимоотношения между неравными группами людей. Группы с особыми интересами стали определенно самыми важными макропаразитами в современных богатых странах. В их число входят различные профессиональные ассоциации и профсоюзы, олигополистические промышленные картели и объединения лоббистов. Оказывая влияние на политику правительства, саботируя ее или поощряя, эти группы действуют против оптимального использования ресурсов и неизбежным образом влияют на развитие энергетических ресурсов и на эффективность их применения. Они стояли за большими субсидиями, которые десятилетиями предоставлялись различным производителям ископаемого топлива и ядерного электричества, и сейчас они прячутся за новыми субсидиями, которые даются на развитие солнечной и ветровой энергетики (примечание 7.3).
Ученые (Olson 1982) справедливо называют подобные группы «распределяющими коалициями» и указывают, что в стабильном обществе будет возникать все больше таких альянсов. С этой точки зрения легко объяснить промышленный упадок в США и Британии и послевоенный успех в Германии и Японии. Организации, созданные победоносными силами после 1945 года в двух побежденных странах, были куда более инклюзивными, и их энергетическая эффективность привела к тому, что японская и немецкая экономики оказались намного менее энергоемкими, чем британская и американская. Это выглядит очевидным не только при сравнении глобальных показателей, но и практически в любом значимом секторе.
С другой стороны, действия некоторых особых групп открывали новые энергетические врата и способствовали повышению эффективности конверсии. Навыки эмигрантов из Британии XIX века в США оказали более мощное влияние, чем можно судить по пропорции мигрантов в местном населении. Поэтому их приток в США послужил важным триггером для более мощных потоков энергии (Adams 1982) и для заметной экономии энергии. Схожий процесс разворачивался в 1990-х с началом крупномасштабной эмиграции индийских инженеров в электронные и телекоммуникационные компании вообще и в Кремниевую долину в частности (Bapat 2012). И теперь вынужденные конкурировать на глобальном уровне многонациональные компании стремятся уменьшить энергоемкость собственной продукции, распространяя новые технологии и повышая эффективность конверсии энергии по всему миру.
Пределы энергетических объяснений
Большинство историков не обращаются к энергии как к одной из ключевых переменных исторического процесса. Даже Фернан Бродель (1902–1985), который настойчиво указывал на значимость материального мира и экономических факторов, не упоминает энергию в какой-либо ее форме в своем подробном определении цивилизации:
«Цивилизация прежде всего пространство, «культурный ареал», как сказали бы антропологи – локус. В пределах локуса… вы должны представить себе большое разнообразие «товаров», культурных характеристик, варьирующихся от формы домов и крыш, материала, из которого они построены, умений вроде оперения стрел, диалекта или группы диалектов, вкуса пищи, особенностей технологии, структуры верований, способа выражения любви, и до компаса, бумаги и печатного пресса» (Braudel 1982, 202).
Как будто материалы, дома, стрелы и печатные прессы возникают из ничего, без каких-либо затрат энергии. Это упрощение выглядит недопустимым при попытке назвать фундаментальные факторы, влияющие на историю, но оно оправдано, если упомянуть о том, что виды энергетических ресурсов и первичных движителей, а также уровни использования энергии не определяют стремлений и достижений человеческих обществ. Существуют бесспорные естественные причины для подобных феноменов. Конечно, конверсия энергии совершенно необходима для выживания и эволюции любых организмов, но ее модификации и различные виды использования зависят от свойств, присущих этим организмам.
Да, энергия столь же фундаментальна, как законы термодинамики, но она вовсе не является единственным детерминантом эволюции биосферы, жизни в целом и человеческой деятельности в частности: эволюция неизбежно энтропийна, но существуют другие факторы, которые нельзя заменить или повторить. Земля, залитая излучением, не могла породить углеродную жизнь без адекватного количества элементов, незаменимых для биохимических процессов, включая фосфор в АТФ, азот и серу в белках, кобальт и молибден в энзимах, кремний в стеблях растений или кальций в костях и панцирях животных. Эпигенетическая информация направляет энергию на поддержание, рост и дифференциацию, а также на репродукцию; эти необратимые трансформации рассеивают как материю, так и энергию, и на них влияют доступность земли, воды и питательных веществ, а также необходимость выстоять в межвидовой конкуренцией и борьбе с хищниками.
Энергетические потоки ограничивают, но не определяют организацию биосферы в любом масштабе. Как писали об этом исследователи (Brooks and Wiley 1986, 37–38):
«Энергетические потоки не обеспечивают нам объяснения, почему существуют организмы, почему они столь различны или почему существуют различные виды… Внутренне присущие организмам свойства определяют, как будет течь энергия, а не наоборот. Если поток энергии был бы определяющим для биологических систем, то живое существо не могло бы умереть от голода… Мы предполагаем, что организмы являются физическими системами с генетически и эпигенетически определенными индивидуальными характеристиками, которые используют текущую через среду энергию сравнительно стохастическим образом».
Но эти фундаментальные факты не оправдывают игнорирования роли энергии в истории; более того, они говорят о том, что ее необходимо рассматривать. В современных сложных человеческих обществах использование энергии много больше, чем вопрос желания, и оно обеспечивает много больше, чем простые физические потребности. Количество энергии в распоряжении общества накладывает очевидные пределы на размах его действий, но мало что может сказать по поводу базовых экономических достижений общества или его нравственного облика. Доминирующее топливо и первичные движители находятся среди наиболее важных факторов, придающих обществу форму, но не они определяют характер его успехов или падений. Это особенно очевидно, когда оцениваешь равенство между энергией и цивилизацией. Данная концепция, столь распространенная в современном обществе, приравнивает высокий уровень использования энергии к высокому уровню цивилизации: можно вспомнить, например, заключение (Fox 1988, 166): «усовершенствование культурных механизмов происходило с каждым усовершенствованием стыковки энергетических потоков».
Появление такой идеи вовсе не выглядит удивительным: только рост потребления ископаемых энергий смог удовлетворить такое количество материальных желаний в таком масштабе. Больший объем собственности и комфорта стали приравнивать к прогрессу цивилизации. Этот неравновесный подход исключает целую вселенную творческих – моральных, интеллектуальных и эстетических – достижений, не имеющих очевидной связи с потреблением энергии. Никогда не было ясной корреляции между способами и уровнями использования энергии и «усовершенствованием культурных механизмов». Кроме того, подобный энергетический детерминизм, как и любой другой упрощающий подход, ведет в ложном направлении.
Исследователи предложили (Georgescu-Roegen 1980, 264) прекрасную аналогию, которая также отражает и сложность исторических объяснений: геометрия ограничивает длину диагоналей в квадрате, но не его цвет, и «почему квадрат оказался зеленым, например, странный и почти невозможный вопрос». И таким же образом поле физических действий и достижений любого общества ограничено императивами, вытекающими из зависимости от определенных потоков энергии и первичных движителей, но даже небольшое поле можно превратить в прекрасный гобелен, возникновение которого не так просто объяснить. Несложно найти исторические доказательства для этого заключения на всех уровнях человеческой деятельности.
Универсальные, все еще актуальные этические заповеди были сформулированы древними мыслителями и моралистами, а также основателями доживших до нашего времени религий на Ближнем Востоке, в Индии и Китае в низкоэнергетичных обществах, где большая часть населения беспокоилась только о базовом физическом выживании. Христианство и ислам, две доминирующие монотеистические религии, которые продолжают оказывать мощное влияние на современный мир, появились, соответственно, около 20 и 13 веков назад, в пустынных ареалах, где сельскохозяйственные общества не имели технических средств, чтобы превращать изобильный солнечный свет в полезную энергию. Греки классической эпохи часто говорили о своих рабах в терминах, которые четко помещали последних на одном уровне с рабочими животными (именуя их tetrapoda, четвероногими, в отличие от andrapoda, двуногие, как называли свободных людей), но они дали нам фундаментальные идеи личной свободы и демократии. Одновременное существование свободы и рабства – один из наиболее примечательных аспектов греческой истории (Finley 1959), и нечто похожее, признание равенства всех людей и рабство, существовало в начале Американской республики.
США приняли свою визионерскую конституцию («Все люди созданы равными») в те времена, когда основным источником энергии служила древесина. Главный составитель этого документа и четвертый президент, Джеймс Мэдисон (1751–1836) был рабовладельцем, точно так же как и первый и третий президенты, Джордж Вашингтон (1732–1799) и Томас Джефферсон (1743–1826). Германия конца XIX века породила агрессивный милитаризм, а двумя поколениями позже – фашизм, и все сразу после того как стала ведущим потребителем энергии в континентальной Европе. Италия и Испания попали в тенета диктаторских режимов соответственно в 1920-х и 1930-х годах, когда потребление энергии в этих странах на душу населения было одним из самых низких на континенте и они отставали от Германии на поколения.
Художественные достижения тоже имеют мало отношения к уровню потребления энергии или виду энергии, который использовался в то время, когда они были совершены: создание литературы на все времена, рисование, скульптура, архитектура или музыка не показывают связи со средним уровнем потребления энергии в обществе. В первом десятилетии XVI века бездельник на площади Синьории во Флоренции мог наткнуться всего за несколько дней на Леонардо да Винчи, Рафаэля, Микеланджело и Боттичелли: сосредоточение творческих гениев, которое совершенно необъяснимо с точки зрения потребления дерева и использования тягловых животных, обычных практик в то время в любом городе Италии, а также всей Европы и Азии.
Никакие энергетические соображения не могут объяснить присутствие Глюка, Гайдна и Моцарта в одной комнате в Вене при императоре Иосифе II в 1780 годах, или тот факт, что в 1890-х в Париже свежий роман Эмиля Золя мог быть прочитан в тот же день, когда выставлялись новые полотна Клода Моне или Камиля Писсарро, а Густав Доре дирижировал «LApres-midi d un faun» Клода Дебюсси (рис. 7.11). Более того, искусство не демонстрирует прогресса, соотносимого с энергетическими эпохами: изображения животных из неолитических пещер Южной Франции, пропорции классических храмов Греции и Южной Италии, средневековые гимны из французских монастырей ничуть не менее интересны и актуальны, чем красочные композиции Жоана Миро, необычные очертания зданий Кензо Танге или напор и меланхолия музыки Рахманинова.
На протяжении XX века уровень использования энергии мало соотносился с уровнями политической и персональной свободы: они были высоки в богатых энергией США и Индии, и низки в богатом энергией СССР и бедном Пакистане. После Второй мировой войны сталинский и послесталинский СССР и некоторые страны бывшей советской империи использовали больше энергии, чем демократии Западной Европы, но при этом не могли предложить населению сравнимый уровень жизни, этот ключевой фактор и привел к кончине коммунизма. И сегодня богатая энергией Саудовская Аравия имеет куда меньший уровень свободы, чем бедная энергией Индия (Freedom House 2015).
Рисунок 7.11. Камиль Писсарро, «Le Boulevardde Montmartre, Matinee de Printemps» (1897). Масло, холст (Google Art Project)
Никогда не было значимой связи между потреблением энергии на душу населения и субъективным чувством удовлетворения жизнью или персональным счастьем (Diener, Sun and Oishi 1997; Layard 2005; Bruni and Porta 2005). В число 20 стран с высочайшим показателем удовлетворенности входят не только богатые энергией Швейцария и Швеция, но также сравнительно бедные Бутан, Коста-Рика и Малайзия, в то время как Япония (90 место) находится ниже Узбекистана и Филиппин (White 2007). World Happiness Report 2015 года (Helliwell, Layard and Sachs 2015) помещает среди 25 наиболее счастливых стран такие государства со сравнительно низким потреблением энергии как Мексика, Бразилия, Венесуэла и Панама, и все они находятся впереди Германии, Франции, Японии и Саудовской Аравии.
Удовлетворение базовых человеческих потребностей требует очевидно умеренного уровня энергетических вложений, но сравнение разных стран показывает, что дальнейший рост качества жизни не имеет ничего общего с ростом потребления энергии. Общества, сильнее сосредоточенные на человеческом благосостоянии, чем на свободном потреблении, могут достичь более высокого качества жизни, потребляя меньше топлива и энергии, чем иные расточительные нации. Примером тому служат контрасты между Японией и Россией, Коста-Рикой и Мексикой, Израилем и Саудовской Аравией. Во всех этих случаях внешние факторы, относящиеся к энергетическим потокам, имели явственно второстепенное значение для внутренних мотиваций и решений. Схожий уровень потребления энергии на душу населения (например, в России и Новой Зеландии) дает принципиально разные результаты, в то время как совершенно разные энергетические показатели соответствуют удивительно близким уровням физического качества жизни: Южная Корея и Израиль имеют почти одинаковый индекс человеческого развития, хотя в Корее используют примерно на 80 % больше энергии на душу населения.
Образ духа, спрятанного за фасадом физической реальности, уместен также, если рассматривать мнимую всемирную идентичность высокоэнергетических структур и процессов. Универсальные императивы энергетических и материальных инвестиций, а также эксплуатационные требования для домн на Среднем Западе США, в Рурском регионе Германии, на Донбассе, в китайской провинции Хэбэй, на острове Кюсю в Японии и в индийском Бихаре практически одинаковые, но различия проявляются, если взять более широкий контекст. Отличительные особенности связаны с сочетанием культурных, политических, социальных, экономических и стратегических условий, в которых строятся и работают домны, а также с назначением и качеством конечных продуктов, изготовленных из выплавленного металла.
Другая важная область, где энергетические объяснения имеют ограниченную полезность – влияние производства энергии на рост населения. Сравнительно надежные долгосрочные демографические реконструкции как для Европы, так и для Китая, показывают очень долгие периоды медленного роста, состоящие из последовательных волн экспансии и кризисов, вызванных эпидемиями и войнами (Livi-Bacci 2000, 2012). Общая численность населения в Европе в первой половине XVIII века была примерно в три раза больше, чем в начале нашей эры, но к 1900 году она более чем утроилась. Улучшение качества питания было главной причиной подъема, но если свести все только к этому фактору (McKeown 1976), тогда точные реконструкции среднего потребления пищевой энергии выбиваются из картины (Livi-Bacci 1991).
И если мы припишем рост населения в Европе после 1750 года более высокому потреблению энергии (в виде лучших жилищных условий, гигиены и заботы о здоровье), тогда как мы должны объяснить одновременный рост населения Китая при династии Цин? В 1700 году численность населения страны была всего в три раза больше, чем при династии Хань около 145 года, но к 1900-му она увеличилась почти так же, как и в Европе, в три раза, достигнув 475 миллионов. Однако на протяжении этого периода не происходило значимых сдвигов к новым источникам энергии или первичным движителям, не было изменений в среднем потреблении топлива на душу населения, не случилось никаких выигрышей в среднем уровне питания; наоборот, разразился чуть ли не самый страшный голод за всю историю Китая (1876–1879).
Ничего удивительного, что энергетические соображения могут быть лишь ограниченно полезны при попытках объяснить величайшие повторяющиеся загадки истории, падения сложных обществ. Исследования этой интересной темы (Tainter 1988; Ponting 2007; Diamond 2001; Fauliseit 2015) дают простые ответы, только когда авторы игнорируют нежелательные сложности. Наиболее примечательные объяснения, затрагивающие энергию, включают эффекты обширной деградации экосистем, вызванной несовершенными методами земледелия, уничтожением лесов, результатом чего становится снижение производства пищи. Невозможность эффективной интеграции больших империй в силу слабого развития наземного транспорта и растущих затрат на защиту отдаленных территорий (синдром имперского перенапряжения) относится к числу наиболее частых объяснений.
Если изучить списки различных причин, предложенных для объяснения падения Римской империи, – наиболее исследованного «коллапса» в истории (Rollins 1983; Smil 2010с), – то видно, что социальная дисфункция, внутренние конфликты, вторжения, эпидемии, климатические изменения являются самыми популярными. Бесспорный факт состоит в том, что во многих случаях социально-политического коллапса он происходил без убедительных свидетельств ослабления энергетической базы. Ни медленный распад Западной Римской империи, ни внезапная гибель Теотиуакана не могут быть достоверно привязаны к ухудшению производства продуктов питания, к заметному сдвигу в области первичных движителей или к любому существенному изменению в использовании биологического топлива. И наоборот, оказавшие значительное влияние на историю случаи объединения и расширения – включая постепенный рост Древнего Царства в Египте, появление Римской республики в качестве доминирующей силы в Италии, быстрое распространение ислама в VII веке и монгольские вторжения в тринадцатом – тоже не могут быть привязаны к значительным переменам в использовании первичных движителей и топлива.
Легко описать экстремальные варианты будущего.
С одной стороны, уровень развития западной цивилизации может привести к значительным отличиям в области базовых паттернов поведения по сравнению с другими обществами. Распространение накопленных ею знаний может создать настоящую мировую цивилизацию, которая научится жить в пределах ограничений биосферы и увидит свой расцвет в следующем тысячелетии. Совершенно противоположной является точка зрения, что биосфера уже испорчена человеческим влиянием, которое отразилось на многих фундаментальных жизненных процессах и даже затронуло границы той области, где человечество может существовать безопасно (Stockholm Resilience Center 2015). Следовательно, в равной степени возможно – если отставить в сторону вероятность полномасштабной ядерной войны – что глобальная, высо-коэнергетичная цивилизация рухнет задолго до того, как достигнет ресурсных ограничений. Огромное пространство между этими двумя экстремумами может быть заполнено множеством сценариев, варьирующихся от временного продолжения или
даже углубления социального неравенства до медленного, но важного прогресса в направлении к более рациональной и глобальной политике.
Не рассматривая возможности столкновения с астероидом, извержения мегавулканов, беспрецедентных эпидемий (их оценки приведены в Smil 2008b), можно сказать, что постепенное разложение цивилизации, основанное на деградации биосферы и сокращении зон обитаемости, выглядит более вероятным, чем внезапное падение, как в случае Теотиуакана. Я не буду предсказывать шансы разрушительной социальной дисфункции, мировых войн или эпидемий, только отмечу сосуществование двух противоречащих ожиданий, касающихся энергетической базы современного общества: хронический консерватизм (из-за недостатка воображения?) по отношению к мощи технических инноваций и завышенные ожидания, основанные на новых источниках энергии.
Список опровергнутых технических предсказаний достаточно длинный (Gamarra 1969; Pogue 2012), и некоторые его пункты относятся к развитию и использованию различных видов конверсии энергии (Smil 2003). Экспертное мнение когда-то отвергало возможность создания газового освещения, пароходов, ламп дневного света, телефонов, бензинового двигателя, летательных аппаратов, переменного тока, радио, ракетного двигателя, ядерной энергии, спутников связи и массового распространения компьютеров. Этот консерватизм часто сохранялся даже после того, как инновации были успешно опробованы. Трансатлантические рейсы пароходов считались невозможными, поскольку суда якобы не могли нести достаточно топлива для столь долгих путешествий. В 1896 году лорд Кельвин отказался вступить в Королевское авиационное общество: его записка от руки Баден Ф. С. Баден-Пауэллу, активному стороннику развития авиации, гласила, что он «не имеет ни малейшей молекулы веры в полеты чего-либо отличного от воздушных шаров» (Thomson 1896). В то время, когда конкуренция между производителями вызывала появление все более эффективных и надежных автомобилей, высказывались мысли, что «невероятно, чтобы человек когда-либо смог двигаться со скоростью лошади» (Byrn 1900, 271).
Живучесть мифов о новых видах энергии по меньшей мере столь же примечательна. Новые энергии поначалу воспринимаются как практически лишенные сопутствующих проблем. Они обещают дешевизну и изобилие, открытие возможностей для почти утопических социальных изменений (Basalla 1982; Smil 2003; 2010а). После тысячелетий использования биологического топлива многие писатели XIX века видели в угле идеальный источник энергии, а паровую машину воспринимали в качестве чудесного первичного движителя. Серьезное загрязнение воздуха, разрушение ландшафтов, угроза для здоровья, несчастные случаи в шахтах и необходимость разрабатывать все более бедные залежи уничтожили этот миф. Электричество стало следующим носителем неограниченных возможностей, его мощь, как ожидалось, победит бедность и болезни (примечание 7.5).
Что можно предсказать с уверенностью – много большее количество энергии потребуется в течении следующих десятилетий, чтобы обеспечить достойную жизнь большей части все еще растущего населения мира, той самой, доступ к энергии у которой сейчас находится ниже минимума, определяющего удовлетворительное качество жизни. На первый взгляд это выглядит невероятно тяжелой, даже невозможной задачей. Глобальная высокоэнергетичная цивилизация уже страдает экономически и социально от своего стремительного расширения, и ее дальнейший рост угрожает целостности биосферы, от которой зависит само выживание человечества (Smil 2013а; Rockstrom et al. 2009).
Примечание 7.5. Обещания электричества, которые никогда не были выполненыЭлектричество – наиболее гибкая форма энергии, и связанные с ним надежды воодушевляли многих изобретателей (Эдисон, Вестингауз, Штайнмец, Форд) и политиков, причем последние часто находились на разных полюсах спектра ценностей, как Ленин и Рузвельт. Еще до завершения Гражданской войны Ленин (1920, 1) сделал вывод, что экономический успех «может быть обеспечен только тогда, когда действительно в русском пролетарском государстве будут сосредоточены все нити крупной промышленной машины, построенной на основах современной техники, а это значит – электрификация». «Белый уголь» гидроэлектричества имел особую притягательность для западных технократов до 1950 годов, когда его отодвинули в сторону невероятные перспективы ядерной энергетики.В 1954 году Льюис Штраус (1896–1974), председатель Комиссии по атомной энергии США (занимал пост между 1953 и 1958 годами), заявил Национальной ассоциации научных писателей в Нью-Йорке:«Наши дети будут пользоваться в домах электрической энергией столь дешевой, что никто не будет ее считать. Не слишком смелым выглядит ожидание, что наши дети будут знать о большом голоде, время от времени случавшемся в разных регионах, только как об исторической проблеме, смогут без усилий путешествовать над морями и под ними, и по воздуху с минимальной опасностью и большой скоростью, и будут жить намного дольше, чем мы, поскольку урожаи растут, а человек понимает, что заставляет его стариться. Можно предвидеть век мира» (Strauss 1954,5).В 1971 году Глен Сиборг, занимавший то же самое кресло, что ранее Штраус, предсказывал, что к 2000 году половину генерирующих электричество мощностей в США будут составлять экологически чистые и безопасные ядерные реакторы, и что космические корабли на ядерной тяге будут возить людей на Марс (Seaborg 1972). На самом деле в 1980-х было почти полностью прекращено строительство новых ядерных электростанций на Западе, а перспективы этой отрасли еще ухудшились после катастрофы 1986 года в Чернобыле и взрывов 2011-м в Фукусиме. Зато теперь все надежды возлагаются на ветровые турбины и солнечные батареи, занявшие мифическое пространство, освобожденное ядерными источниками энергии: будто они дадут столько дешевого электричества, что можно будет децентрализовать систему его поставки (уничтожив все центральные станции), и оно прольется, подобно манне небесной, на современный мир. Но в таких рассуждениях не учитывается, что большая часть населения мира скоро будет жить в мегаполисах, которые мало подходят для децентрализованной выработки энергии. И все еще существует, с 1945 года, перспектива получать энергию от ядерного синтеза, хотя в практическом смысле мы ничуть не ближе к использованию этой технологии, чем поколение назад.
Еще одной большой неопределенностью является долгосрочная жизнеспособность городов. Тесное социальное единство и семейное воспитание детей, характерные для сельского общества, отсутствуют в современных городах. Напряжение жизни в мегаполисах сказывается на популяции, очень долго бывшей сельской и сплоченной, как в богатых, так и в бедных странах. Например, уровень преступности в целом может, и снизился во многих государствах, но обширные районы крупнейших городов мира остаются настоящими рассадниками насилия, наркотиков, проституции, там больше всего бездомных, брошенных детей и убогого жилья. И в то же время, возможно, сильнее чем когда-либо, императивы современной экономики требуют социальной стабильности и постоянства эффективной кооперации. Города всегда обновлялись благодаря миграции из деревень – но что случится, если уже большей частью городская цивилизация столкнется с ситуацией, когда деревни полностью исчезнут, а социальная структура городов продолжит распадаться?
Но есть признаки, внушающие надежду.
Именно потому, что общий уровень использования энергии не определяет ход истории, наша активность и изобретательность могут сначала ослабить, а затем даже обратить вспять эволюционную связь между развитием цивилизации и энергией. Теперь мы понимаем, что растущее потребление энергии нельзя приравнять к эффективной адаптации, и что мы должны быть в состоянии остановить эту тенденцию, чтобы выйти из-под диктата закона максимальной энергии Лотки (1925). Это должно быть легче, учитывая очевидные признаки того, что максимизировать генерируемую мощность нецелесообразно.
Несомненно, более высокий уровень использования энергии сам по себе не гарантирует ничего, кроме большей нагрузки на окружающую среду (Smil 1991). Исторические свидетельства совершенно ясны. Более высокий уровень использования энергии не обеспечивает надежные поставки продовольствия (сжигавшая дрова царская Россия была экспортером зерна; СССР, углеводородная сверхдержава, импортировал зерно); он не дает стратегической безопасности (США были очевидно более безопасным местом в 1915 году, чем в 2015-м); он не является фундаментом политической стабильности (например, в Бразилии, Италии или Египте); он не обязательно ведет к более просвещенному правлению (его очевидно нет в Северной Корее или Иране); он вовсе не гарантирует значительного и массового роста стандартов жизни (в Гватемале или Нигерии).
Возможности для грандиозного перехода к менее энергоемкому обществу могут найти в первую очередь выдающиеся мировые потребители энергии и материалов в Западной Европе, Северной Америке и Японии. Многие способы экономии удивительно легко реализовать. Я согласен с коллегой (Basalla 1980, 40), который сказал: «если равенство энергии и цивилизации бесполезно и потенциально опасно, то необходимо его отбросить, поскольку оно обеспечивает предположительно научную основу против усилий принять стиль жизни, основанный на более низких уровнях потребления энергии. Если это обобщение истинно и говорит об интеллектуальном богатстве, то оно заслуживает более внимательного отношения, чем оно получало до сих пор».
Зная о колоссальной неэффективности использования ресурса – будь то энергия, пища, вода или металлы – современной цивилизацией, я всегда настаивал на более рациональных способах потребления. Такой курс имел бы глубокие последствия для оценки перспектив выокоэнергетичной цивилизации, но любые предложения по добровольному снижению использования определенного ресурса отвергаются теми, кто уверен, что бесконечный технический прогресс так и будет удовлетворять постоянно растущий спрос. В любом случае, невозможно количественно оценить вероятность того, что восторжествуют рациональность, сдержанность и скромность в использовании ресурсов, и того, что такой курс сохранится на долгое время.
Двумя главными характеристиками жизни всегда были расширение зоны обитания и рост сложности. Можем ли мы обратить вспять эти тенденции, перейдя к технически гибким, экологически оправданным способам использования энергии? Сможем ли мы продолжить эволюцию человека, сконцентрировавшись только на тех аспектах, которые не требуют максимизации энергетических потоков, сможем ли создать энергетически неизменную цивилизацию, которая будет существовать строго в ее солнечно-биосферных границах? Можно ли осуществить такой сдвиг без окончательного перехода к лишенной роста экономике и снижения численности населения мира? Для индивидуумов это может свестись к не менее революционному отделению социального статуса от уровня материального потребления. Создание общества нового типа будет особенно тяжелым для первых поколений, на долю которых выпадет сам переход. В более долгосрочной перспективе новый порядок также уничтожит один из источников прогресса на Западе – стремление к социальной и экономической мобильности. Или, может быть, новые технологические прорывы позволят нам прямо и эффективно использовать большую долю поступающего солнечного излучения и уменьшат нашу зависимость от множества предметов, создающих комфортные условия?
Современная энергетическая система является самоограниченной: на шкале исторического времени наша высокоэнергетичная цивилизация, эксплуатирующая накопленные запасы древнего излучения, превратившиеся в топливо, всего лишь интерлюдия даже в том случае, если сжигание этого топлива не повлияет негативно на окружающую среду. Наша цивилизация, в отличие от предшественниц, опиравшихся на использование почти мгновенных энергетических потоков, не в состоянии существовать тысячелетиями.
Окончательное истощение ископаемых энергий очень маловероятно потому, что сжигание угля и углеводородов является первичным источником антропогенного CO2 и использование всего доступного ископаемого топлива поднимет температуру тропосферы достаточно, чтобы растаял весь слой льда в Антарктиде, а уровень моря поднялся примерно на 58 м (Winkelman et al. 2015).
Учитывая, что большая часть населения нашей планеты живет в прибрежных районах, такой подъем окажет серьезное воздействие на цивилизацию. Доступные потоки возобновляемых энергий достаточно велики, чтобы избежать такой судьбы, но чтобы поддерживать – а для миллионов, живущих в бедных странах, поднять уровень использования энергии, мы должны их осваивать, трансформировать и запасать в объемах на порядок больших, чем сейчас. Эпохальный переход от глобальной энергетической системы, в которой доминирует ископаемое топливо, к новому порядку, основанному исключительно на возобновляемой энергии, связан с громадными (и недостаточно изученными) трудностями. Повсеместность использования ископаемого топлива, сила нашей от него зависимости, а также потребность в дальнейшем росте глобального потребления энергии означают, что даже самый энергичный проект такого перехода может быть осуществлен лишь за несколько поколений.
Полный переход потребует замещения ископаемого топлива не только как основного источника разных видов энергии, но и как критически важного источника сырья: для синтеза аммиака (около 175 Мт/г. в 2015-м, большей частью на удобрения для выращивания злаков) и других удобрений и средств агрохимии (гербицидов и пестицидов); для повсеместно распространенного пластика (общее производство составляет около 300 Мт/г.); металлургического кокса (сейчас требуется каждый год около 1 Гт коксующего угля, который используется не только как источник энергии, но участвует в процессе плавки в домнах, производящих около 1 Гт железа в год); смазочных материалов (необходимы для функционирования как стационарных, так и транспортных машин); дорожных материалов (недорогой асфальт).
Наша неспособность понять поведение сложных, обладающих множеством связей систем – взаимодействие биосферных процессов, производства энергии, экономической деятельности, технического прогресса, социальных изменений, политического развития, вооруженных конфликтов – делает любой конкретный сценарий (а их предлагается немало) отдаленного будущего чистой спекуляцией.
Достаточно легко очертить крайние варианты, в которых будущее предстает либо отчаянно плохим, либо экстатически светлым. Один из исследователей (Georgescu-Roegen 1975, 379) оставляет нам мало надежды: «Возможно, судьба человека – короткая, яркая, воодушевляющая и экстравагантная жизнь, а вовсе не долгое, не омраченное событиями растительное существование. И пусть другие виды – амебы, например – не имеющие духовных амбиций, унаследуют Землю, все еще купающуюся в изобилии солнечного света». Наоборот, технооптимисты видят будущее неограниченной энергии, от суперэффективных солнечных батарей или от ядерного синтеза, где человечество колонизирует другие планеты, подвергая их терраформированию по образу Земли. Но для будущего, к которому приложимы реальные прогнозы (два-четыре поколения, 50-100 лет) все это не более чем сказки.
Единственное, в чем можно быть уверенным – шансы на успех в беспрецедентном стремлении создать новую энергетическую систему, совместимую с долгосрочным выживанием высокоэнергетичной цивилизации, остаются неопределенными. Учитывая нашу степень понимания, эта задача может быть не более сложной, чем барьеры, которые мы не раз брали в прошлом. Но понимания, каким бы впечатляющим оно ни было, недостаточно. Нам нужен активный интерес к переменам, и можно повторить вслед за де Сенанкуром (1770–1846):
«Человек погибает. Это возможно, но позвольте нам сражаться, даже если мы погибаем; и если тот удел, которому мы обречены – ничто, то пусть он просто не упадет к нам в руки как награда» (Senancour 1901 [1804], 2:187).
Назад: Большие паттерны в использовании энергии
Дальше: Приложение
