Айзек Азимов. Выбор катастроф
страница №15
...те тут сбережение. Во времена, когда запасы того или иногоматериала далеки от истощения, он используется на различные второстепенные
цели, на всякие мелочи, украшения, предметы моды. Вещь, изготовленную из
этого материала, скорее заменят, чем реставрируют или починят. Ее могут
заменить, даже если она находится в прекрасном рабочем состоянии, просто
потому, что новая более престижна, соответствует более высокому социальному
статусу. Намеренные несущественные изменения иногда производятся специально
для того, чтобы вызывать замену гораздо скорее, чем это необходимо для
практического использования, а просто ради погони за модой.
Американский экономист Торстейн Веблин (1857-1929) в 1899 году придумал
специальный термин для обозначения расточительного, напрасного потребления
как знака социального успеха: "престижное потребление". Это престижное
потребление было частью человеческих социальных нравов с доисторических
времен.
Однако до последнего времени оно было прерогативой тонкого
аристократического верхнего слоя населения, и выброшенные предметы могли
использоваться бедными слоями. Но в недавние времена, когда в жизнь вошла
техника массового производства, оказалось возможно распространить престижное
потребление среди всего населения. Конечно, иногда престижное потребление
рассматривается как средство, необходимое для стимулирования производства и
сохранения благосостояния экономики.
И все же, когда запасы того или иного определенного вида товара
истощаются, импульс сбережения будет тем или иным способом укрепляться. Цены
неизбежно вырастут быстрее, чем заработки, побуждая таким образом к
сбережению не очень богатых и сохраняя прерогативу выбрасывать вещи только
за богатыми. Если многочисленные бедные будут роптать, видя расточительство,
в котором не могут принять участия, общество может прогрессировать, вводя
распределение по карточкам. Это, конечно, тоже создает почву для
злоупотребления, но истощающиеся ресурсы все-таки будут держаться дольше,
чем можно было бы предполагать, если судить только по социальным излишкам
процветания.
На втором месте — замена. Менее распространенный металл можно заменить
более распространенным. Так серебряные монеты были заменены алюминиевыми и
никелевыми. Металлы в целом могут быть заменены такими материалами, как
пластмасса и стекло.
И вот пример: световой луч вполне возможно использовать для передачи
сообщений вместо электрического тока, и это можно делать с гораздо большей
эффективностью. Эти световые лучи могут быть посланы по волокнам стекла с
человеческий волос толщиной. Тонкие кабели из стекловолокна могли бы
заменить неисчислимые тонны меди, которые сейчас используются в
электрических коммуникациях, а стекло, получаемое из песка, вряд ли так
скоро истощится.
На третьем месте — новые источники. Впрочем, может показаться, что все
рудники будут истощены, то есть все известные на Земле рудники. Но могут
быть открыты новые рудники, даже при условии, что это становится
маловероятным, все более маловероятным со временем, так как все большая
часть земной поверхности изучается на наличие руд.
Тогда что же мы имеем в виду под словом "истощены"? Когда мы говорим о
руднике, мы говорим о той части земной коры, в которой металл находится в
такой концентрации, что его рентабельно добывать. Тем не менее с
совершенствованием техники разрабатываются такие методы, благодаря которым
определенные металлы могут быть с выгодой добыты, даже если концентрация
настолько мала, что никакой практический метод в прошлом не позволил бы
этого делать. Другими словами, сейчас существуют рудники, которые не могли
быть рудниками ранее.
Этот процесс может иметь продолжение. Определенный металл может
истощиться, если рассматривать существующие рудники, но когда мы
почувствуем, что в силах справиться с более низкими концентрациями, появятся
новые рудники.
Кроме того, мы можем вообще уйти с суши. Есть участки морского дна,
которые покрыты толстым слоем рудных конкреций. Считают, что на один
квадратный километр дна Тихого океана приходится 11 000 тонн таких
конкреций. Эти конкреции различных металлов включают и очень полезные,
запасов которых становится все меньше и меньше — медь, кобальт, никель. И
вряд ли какие-нибудь трудности возникнут с их извлечением, как только эти
конкреции будут драгированы с морского дна. Операции драгирования на
экспериментальной основе сейчас планируются.
Ну, а уж если морское дно, почему бы и не само море? Морская вода
содержит все элементы, но обычно в очень низкой концентрации. Дело в том,
что дождь, выпадая на сушу, вымывает их по пути обратно в море. Уже сейчас
без особых усилий мы можем получить из морской воды магний и бром, так что
запасы этих двух элементов вряд ли иссякнут в обозримом будущем.
В конце концов, океан настолько огромен, что общее количество любого
определенного металла, растворенного в морской воде, удивительно велико,
независимо от того, насколько разбавлен этот раствор. Море содержит 3,5%
растворенных пород. Иначе говоря, каждая тонна морской воды содержит 35
килограммов растворенных пород.
Из растворенных в морской воде пород 3,69% составляет магний и 0,19% --
бром. Следовательно, тонна морской воды содержит 1,29 кг магния и 66,5
грамма брома (Конечно, ни то, ни другое не содержится в чистом виде, а в
форме растворенных содинений.). Учитывая, что на Земле 1 400 000 000 000 000
тонн морской воды, можно себе представить общее количество содержащегося в
ней магния и брома (следует принять во внимание, что то, что извлекается,
постепенно смывается обратно в море).
Третий элемент — йод — тоже извлекают из морской воды. Йод
сравнительно редкий элемент, в тонне воды примерно 50 миллиграммов йода.
Этого слишком мало, чтобы экономично добывать обычными химическими методами.
Однако существуют некоторые виды морских водорослей, которые способны
абсорбировать йод из морской воды и включать его в свои ткани. Из золы этих
водорослей можно получить йод.
Но нельзя ли получать из морской воды и другие ценные элементы, если
разработать технологию, чтобы концентрировать зачастую очень скудное
содержание? Океан содержит все химические элементы без исключения: около 15
миллиардов тонн алюминия, 4,5 миллиарда тонн меди, 4,5 миллиарда тонн урана.
В нем также содержится 320 миллионов тонн серебра, 6,3 миллиона тонн золота
и даже 45 тонн радия.
Они там. И весь фокус в том, чтобы их получить. Или, наконец, мы можем
совсем уйти с Земли. Если не так уж много лет назад идея производить добычу
минералов на Луне (или даже на астероидах) могла показаться подходящей
только для научной фантастики, то сейчас многие считают это не таким уж
неосуществимым. Если финикийцы сумели в свое время добраться до Оловянных
островов в поисках металла, запасы которого были очень малы, мы сумеем
добраться до Луны. Добыча минералов на Луне для нас, может быть, не труднее,
чем некогда добыча олова на Оловянных островах для финикийцев.
И вот, пройдясь по перечню новых источников ресурсов, мы можем даже
сказать, что по-настоящему ни один из них не нужен. 81 элемент, обладающий
стабильной атомной формой, неразрушим при обычных обстоятельствах. Люди их
не потребляют, они просто переносят их с одного места на другое.
Геологические процессы, происходящие на протяжении миллиардов лет,
сконцентрировали тот или иной элемент, включая, конечно, различные металлы,
в том или ином районе. А что делают люди? Они со все возрастающей скоростью
извлекают эти металлы и другие желательные элементы из этих районов
концентрации и распределяют их более широко, более равномерно, более
разреженно и перемешанно друг с другом.
Значит, металлы все-таки тут, однако они могут быть распределены, могут
подвергнуться коррозии и быть в соединении с другими элементами. Одним
словом, задние дворы человечества являются обширным складом различных
элементов, которыми оно попользовалось в той или иной степени и которые
списало. При соответствующей технологии их можно снова восстановить и
использовать.
Таким образом, различные элементы или, в более широком смысле, вещества
теоретически у нас не могут иссякнуть, поскольку все вещества, которые не
являются элементами, состоят из элементов.
Но истощение — не единственная судьба, которая грозит ресурсам,
которые мы используем, даже жизненно важным ресурсам, от которых зависит вся
жизнь, включая жизнь человека. Даже те ресурсы, которые мы не истощаем и
которые, вероятно, никогда не истощатся, могут стать непригодными для
использования в нашей деятельности. Ресурсы могут иметься, но нам от них не
будет никакой пользы.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ
Материальные объекты на самом деле не используются сполна, не
растрачиваются безвозвратно, происходит только перестроение атомов. То, что
использовано, становится чем-то другим, так что для каждого потребления
возможно сбалансированное воспроизводство.
Если мы потребляем кислород, мы производим двуокись углерода. Если мы
потребляем воду и пищу, мы производим пот, мочу и кал. Вообще говоря, мы не
можем использовать продукты, которые списали. Мы не можем дышать двуокисью
углерода, не можем пить и есть отбросы.
К счастью, мир представляет собой экологическое единство, и то, что для
нас является отбросами, оказывается полезным для других организмов. Двуокись
углерода важна для жизнедеятельности зеленых растений, в процессе ее
использования они производят кислород. Отбросы, которые мы производим,
разлагаются на составные части и используются разнообразными
микроорганизмами, а то, что остается, может использоваться растениями, таким
образом вода очищается и производится пища. То, что жизнь списывает, она
снова производит в длинном цикле преобразований. Мы можем назвать это
процессом "переработки".
До определенной степени это верно также и в мире человеческой
технологии. Если люди, например, сжигают дерево, они делают то, что в
природе совершает молния. Сожженное человеком дерево входит в цикл наряду с
деревом, сожженным молнией. На протяжении сотен тысяч лет использования
человеком огня это использование по существу было незначительным по
сравнению с огнем молнии, и таким образом деятельность человека никоим
образом не перегружала цикл.
Посмотрим, как обстоит дело с использованием каменных орудий. Оно
включает неуклонное превращение больших кусков камня в мелкие. Кусок камня,
слишком крупный для использования, мог быть разбит на кусочки, которые можно
использовать, а от этих кусочков можно было отколоть еще меньшие при
создании орудий. В конце концов орудие стало бы бесполезным из-за
отламывания маленьких кусочков при заточке или придании формы.
И это тоже имитирует природный процесс, поскольку действие воды и ветра
и изменение температуры также постепенно ведет к превращению камня в песок.
Мелкие кусочки вследствие геологического воздействия могут снова
превращаться в единую массу. Этот цикл превращения больших кусков камня в
маленькие и обратно занимает, однако, очень длительный период. Поэтому по
человеческим меркам мелкие бесполезные куски камня, которые являются
неизбежным продуктом производства орудий, его отходами, не перерабатываются.
Все, что угодно, произведенное благодаря деятельности человека, что
бесполезно и не перерабатываемо, стало определяться в последнее время как
"загрязнение". Мелкие куски камня были бесполезны, нежелательны и создавали
беспорядок. Как загрязнение они, однако, были относительно безвредны. Их
можно было легко отмести в сторону, они не причиняли никакого вреда.
Отходы производства, которые могут быть с пользой переработаны
природой, могут, тем не менее, стать загрязнением в случае, если они
создадутся в регионе в ограниченное время и превысят мощность цикла.
Например, когда люди сжигали дерево, они производили золу. Ее, как и мелкие
камни, можно было отмести в сторону, и она не вызывала почти никакого
беспокойства. Горящий огонь также производил пары, которые состояли в
основном из двуокиси углерода и водяного пара, и оба эти компонента сами по
себе не вызывали никаких неприятностей. В пары в незначительном количестве
включались другие газы, раздражающие горло и глаза, кусочки несгоревшего
углерода, пачкающие поверхности сажей, и другие тонко расщепленные частицы,
которые не могли причинить никакого вреда. Пары плюс эти незначительные
составляющие создавали видимый дым.
На открытом воздухе такой дым быстро рассеивался до концентраций
слишком малых, чтобы кого-либо беспокоить. В конце концов в нашей атмосфере
находится около 5 100 000 000 000 000 тонн газов, и дым всех костров
первобытного человечества (и всех лесных пожаров, вызванных молнией)
практически исчезал, когда рассеивался в колоссальном объеме. А когда он
рассеивался, природные процессы перерабатывали вещества дыма и
восстанавливали материалы, которые снова использовались растениями, и вновь
воссоздавалась древесина.
Но что, если огонь для света, тепла, приготовления пищи и безопасности
поддерживать в жилище? Дым в жилище скопится до высокой концентрации --
грязный, вонючий, активно раздражающий, скопится задолго до того, как
начнутся процессы переработки. Результат будет непереносим. И это, наверное,
первый пример загрязнения, созданного человеком.
Можно предпринять кое-какие спасительные меры. Во-первых, от огня можно
совсем отказаться, что было, вероятно, немыслимо даже в каменном веке.
Во-вторых, огонь можно использовать только на открытом воздухе, что создало
бы людям значительные неудобства во всех отношениях. В-третьих, решить
проблему загрязнения могло бы развитие техники — короче говоря, мог быть
изобретен эквивалент трубы (вначале это, вероятно, была просто дыра в
крыше). Это третье и решило проблему.
Подобное стало обычным путем, которым люди решали вопросы с
нежелательными побочными эффектами. Неизменно выбиралось движение в
направлении корректирующей техники.
Конечно, всякая корректирующая технология создает свои проблемы, и
процесс может быть бесконечным. Тогда можно спросить, не достигнем ли мы
точки, где нежелательный побочный эффект техники станет непоправимым? Не
может ли, загрязнение стать настолько обширным, что коррекция будет
невозможна, и не доведет ли загрязнение нашу цивилизацию до катастрофы
пятого класса (или даже, может быть, разрушит нашу жизнь до катастрофы
четвертого класса)?
И вот старые древесные огни возросли по количеству с увеличением
населения. С развитием техники добавились новые огни — горящий жир, уголь,
нефть, газ, и абсолютное количество огней неуклонно увеличивается с каждым
годом.
Каждый огонь так или иначе требует трубы, и дым из всех этих труб
выходит в атмосферу. И теперь каждый год в атмосферу выбрасывается около
полумиллиарда тонн загрязнителей в виде раздражающих газов и кусочков
твердого вещества. Техника начинает перегружать цикл, атмосфера за последние
десятилетия становится ощутимо грязнее.
Естественно, в населенных центрах, особенно в промышленных, загрязнение
наиболее сильное, где мы теперь имеем смог ("дым" + "туман" — smoke + fog).
Иногда инверсионный слой (верхний слой холодного воздуха, сдерживающий
нижний слой более теплого воздуха целыми днями) препятствует рассеиванию
загрязняющих агентов, и воздух в ограниченном районе становится опасным. В
1948 году "смог-убийца" унес в Доноре, в Пенсильвании жизни двадцати девяти
человек. Подобное происходило несколько раз в Лондоне и в других городах.
Даже там, где обходится без смертельных исходов, в районах смога всегда
налицо долговременное повышение уровня пульмонологических заболеваний,
вплоть до роста заболеваемости раком легких.
Не может ли в ближайшем будущем произойти так, что наша техника оставит
нас с атмосферой, в которой невозможно дышать?
Такая угроза, безусловно, есть, но человечество не беспомощно. В первые
десятилетия промышленной революции города находились под густыми облаками
дыма от горящего битумного угля. Переход на уголь антрацит, который давал
меньше дыма, произвел сильное изменение к лучшему в таких городах, как
Бирмингем в Англии и Питтсбург в США (Неуклонно крепнет кампания против
табакокурения, поскольку табачный дым содержит канцерогены, которые
воздействуют на некурящих так же, как и на курящих. К сожалению, курильщики,
одурманенные своим наркотиком, в общем игнорируют или отрицают это, а
табачная промышленность скорее предпочтет распространять рак, чем потерять
доходы).
Возможны и иные коррекции. Другая опасность исходит от образующихся при
горении окислов азота и серы. Если соединения азота и серы удалить из
топлива до начала процесса или если они удалены из дыма до выброса дыма в
атмосферу, то многие клыки загрязнения будут вырваны. В идеале испарения от
горящего топлива должны состоять из двуокиси углерода и воды и ничего более.
И вполне возможно, что мы сумеем добиться этого идеала (Но и выброс углерода
имеет свои опасности, о чем речь пойдет ниже).
Но могут неожиданно появиться новые разновидности загрязнителей
воздуха. Так, лишь в середине 70-х годов была признана потенциальная
опасность применения таких хлорофтористых углеродов, как фреон. Легко
превращающиеся в жидкость и совершенно не токсичные, они стали
использоваться как охладители (из-за их чередующегося испарения и
превращения в жидкость), чтобы заменить такие гораздо более токсичные и
опасные газы, как аммиак и двуокись серы. В последние десятилетия их стали
применять и в баллончиках для распыления. В этом случае при испускании они
превращаются в пар и несут с собой под давлением соответствующее вещество,
содержащееся в тонкой струе.
Эти газы непосредственно для жизни безвредны, но в 1976 году было
представлено доказательство того, что, попадая в верхние слои атмосферы, они
могут уменьшить и в конечном счете разрушить озоновый слой, который
существует на высоте около 24 километров над поверхностью Земли. Этот слой
озона (активного вида кислорода с молекулами, состоящими из трех атомов
кислорода вместо двух — в обычном) непрозрачен для ультрафиолетовой
радиации. Он прикрывает поверхность Земли от энергетичного солнечного
ультрафиолета, который опасен для жизни. Может быть, только после того, как
процессы фотосинтеза в зеленых растениях моря произвели достаточно
свободного кислорода, чтобы дать возможность образоваться озоновому слою,
жизнь смогла наконец колонизировать сушу.
Если озоновый слой существенно ослабится хлорофтористыми углеродами,
так что ультрафиолетовая радиация Солнца станет достигать поверхности Земли
с большей интенсивностью, участятся случаи рака кожи. Или еще хуже,
воздействие на микроорганизмы окажется столь радикальным, что это резко
повлияет на весь экологический баланс путями, которые мы пока не может
предугадать, но которые, скорее всего, будут крайне нежелательны.
Воздействие на озоновый слой все еще спорно, но применение
хлорофторуглеродов в баллончиках уже значительно сократилось, и, может быть,
найдут какой-нибудь заменитель для их использования в кондиционерах воздуха
и холодильниках.
Но не только атмосфера подвергается загрязнению. На Земле имеется также
порядочно воды, то есть "гидросфера". Запас воды на Земле огромен, масса
гидросферы примерно в 275 раз больше массы атмосферы. Океан покрывает
площадь в 360 миллионов квадратных километров, или 70% поверхности Земли.
Площадь океана почти в 40 раз больше площади Соединенных Штатов.
Средняя глубина океана 3,7 километра, так что общий объем океана
составляет 1 330 000 000 кубических километров.
Сопоставьте это с потребностями человечества. Если рассмотреть
потребление воды для питья, купания, мытья и для сельскохозяйственного и
промышленного использования, мир потребляет около 4000 кубических километров
воды в год, только 1/330 000 от объема океана.
Это звучит так, как будто даже мысль о нехватке воды нелепа, если бы не
тот факт, что сам-то океан как непосредственный источник воды для нас
бесполезен. Океан будет носить наши корабли, давать нам отдых и обеспечивать
морскими продуктами, но из-за содержащейся в его воде соли мы не можем ее
пить, не можем использовать ее ни для мытья, ни для сельского хозяйства, ни
для промышленности. Нам нужна пресная вода.
Общий запас на Земле пресной воды около 37 миллионов кубических
километров, только 2,7 процента общего запаса воды. Большая ее часть
находится в виде твердого льда в полярных регионах и на вершинах гор и тоже
не может быть нами прямо использована. Значительная часть находится в виде
грунтовых вод, очень глубоко под поверхностью, и ее нелегко извлечь.
Нам необходима жидкая пресная вода на поверхности в виде озер, прудов и
рек. А в них запас воды составляет 200 000 кубических километров. Это всего
лишь 0,015 процента от общего запаса, но даже это количество в 30 раз
больше, чем человечество потребляет за год.
Без сомнения, человечество не зависит от статического запаса пресной
воды, мы бы могли пользоваться ею тридцать лет при нынешнем темпе
потребления. Вода, которой мы пользуемся, перерабатывается естественным
способом. Она в конечном счете стекает по суше в океаны, океаны же
испаряются под Солнцем, производя пар, который в конце концов выпадает в
виде снега или дождя. Эти осадки в буквальном смысле — дистиллированная
вода.
Около 500 000 кубических километров пресной воды выпадает в виде
осадков каждый год. Из этого количества, конечно, много воды попадает прямо
в океан, и значительное количество выпадает на земные ледяные шапки и
ледники. Примерно 100 000 кубических километров выпадает на сушу, которая не
покрыта льдом. Некоторое количество из этого испаряется до того, как может
быть потреблено, но около 40 000 кубических километров добавляется в озера,
реки и почву континентов каждый год (и равное количество стекает в море).
Этот полезный дождевой запас все-таки в 10 раз больше, чем потребляет
человечество.
Тем не менее человеческие потребности быстро растут. Потребление воды в
Соединенных Штатах за это столетие возросло в десять раз, при таком темпе
пройдет немного десятилетий, и с запасами станет плохо.
Довольно верно и то, что осадки не распределяются равномерно ни по
пространству, ни во времени. Есть места, где осадков выпадает ниже среднего
уровня и где населению дорога каждая упавшая капля. В засушливые годы от
засухи резко падают урожаи. И возможный для использования водяной запас
опасно мал во многих регионах мира уже сейчас.
Это исправимо, если заглянуть вперед, когда погодой научатся управлять,
и дождь можно будет заставить идти по команде в определенных районах. Запас
пресной жидкой воды может быть увеличен путем прямой дистилляции морской
воды — нечто подобное практикуется сейчас на Среднем Востоке — или,
возможно, путем вымораживания соли из морской воды.
Кроме того, ледовый запас мира переходит в океан в виде айсбергов,
откалывающихся от краев ледника Гренландии и ледовых пластов Антарктиды. Эти
айсберги — огромные резервуары пресной воды, которая тает в океане
неиспользованной. Их можно отбуксировать к засушливым берегам и использовать
там.
И еще — грунтовая вода, которая располагается даже под пустынями. Она
может быть извлечена более эффективно, а поверхности озер и резервуаров
можно покрыть тонкой пленкой безвредных химических веществ, чтобы уменьшить
испарение.
Итак, вопрос поставки пресной жидкой воды может не оказаться серьезной
проблемой. Более опасна проблема загрязнения.
Продукты отходов живых существ, обитающих в воде, собственно говоря,
откладываются в воде, в которой они живут. Эти отходы разбавляются и
перерабатываются благодаря природным процессам. Отходы животных, обитающих
на суше, откладываются на суше, где они по большей части разлагаются
микроорганизмами и перерабатываются. Отходы человека следуют по тому же
циклу, и они также могут быть переработаны, хотя большие концентрации
населения имеют тенденцию перегружать регионы отходами, в особенности вокруг
крупных городов.
Но еще хуже химикаты, которые индустриализованное человечество
использует и производит, сбрасывает в реки и озера, и в конечном счете они
достигают океана. Так, в прошлом веке люди начали применять химические
удобрения, содержащие фосфаты и нитраты, в больших и все возрастающих
количествах. Они, конечно, отлагаются в земле, но дождь вымывает некоторые
из этих химикатов в близлежащие водоемы. Поскольку фосфаты и нитраты
необходимы для жизни, рост организмов в подобных водоемах, особенно в
озерах, сильно ускоряется, происходит процесс, называемый "евтрофикация" (от
греческого слова, означающего "хороший рост").
Звучит это неплохо, но организмы, рост которых ускоряется, это --
главным образом водоросли и другие одноклеточные организмы, которые растут
огромными темпами и забивают другие формы жизни. Когда водоросли умирают,
они разлагаются бактериями, которые в этом процессе потребляют из воды
значительное количество растворенного в ней кислорода, так что более
глубокие районы становятся буквально безжизненными. Озеро таким образом
теряет свою ценность как источник рыбы или, по этой же причине, питьевой
воды. Евтрофикация ускоряет в озере естественные изменения, которые являются
причиной его заполнения растительностью и превращения сперва в болото, а
затем в настоящую сушу. Что нормально произошло бы в течение тысяч лет,
может совершиться за какие-то десятилетия.
Если такие превращения дают вещества, полезные для жизни, то что можно
сказать насчет настоящих ядов?
Во многих случаях химическая промышленность производит вещества,
которые ядовиты для жизни, и отходы, содержащие их, сбрасываются в реки и
озера в расчете на то, что они там растворятся до безвредной концентрации и
разрушатся благодаря естественным процессам.
Даже если химикаты не являются напрямую вредными, при значительной
концентрации они способны накапливаться в живых формах, когда простые формы
поглощают яд, а их поедают более сложные формы. В таком случае, даже если
вода остается питьевой, водные формы становятся несъедобными. К настоящему
моменту в индустриализованных Соединенных Штатах почти все реки и озера до
определенной степени загрязнены, многие — сильно.
Конечно, все эти химические отходы в конце концов смываются в океан.
Можно подумать, что океан, который так обширен, способен поглотить любое
количество произведенных отходов, как бы нежелательны они ни были, но это не
так.
Ныне океану приходится поглощать невероятное количество нефтепродуктов
и других отходов. Из-за крушений нефтеналивных танкеров, мытья нефтеналивных
баков, слива отработанных машинных масел в океане ежегодно оказывается от 2
до 5 миллионов тонн нефти. Ежегодный объем корабельного мусора достигает 3
миллионов тонн. Свыше 50 миллионов тонн сточных вод и других отходов
поступает в океан каждый год только из Соединенных Штатов. Не все эти
загрязнения опасны, но частично — опасны, причем количество загрязнений,
ежегодно поступающих в океан, неуклонно возрастает.
Регионы по берегам континентов, наиболее богато наделенные жизнью,
испытывают самые серьезные последствия загрязнения. Например, десятую часть
прибрежных вод Соединенных Штатов, которая использовалась ранее для добычи
моллюсков, теперь уже использовать невозможно.
Загрязнение воды, если оно будет бесконечно продолжаться, угрожает не
только пригодности к употреблению нашего пресноводного запаса в не очень
отдаленном будущем, но также и жизнеспособности океана. Если мы представим
себе океан настолько отравленным, что он станет безжизненным, то пропадут
микроскопические зеленые растения ("планктон"), которые плавают на
поверхности или около поверхности, а они ответственны за возобновление 80%
кислорода в нашей атмосфере. Почти наверняка жизнь не сможет надолго
пережить смерть океана.
Все же такое не обязательно случится. Отходы, которые так опасны, до
того, как сбросить их в воду, можно обработать таким способом, что снизится
их вред, определенные яды можно вообще объявить вне закона и не производить
их или же уничтожать сразу после производства. Если будет происходить
евтрофикация воды, водоросли можно собирать из озерных вод, чтобы извлекать
из них нитраты и фосфаты, которые можно использовать еще раз на суше для
удобрения.
И еще о суше. Тут также существуют твердые отходы, которые не поступают
ни в атмосферу, ни в гидросферу, — мусор, хлам. Они производятся людьми с
начала цивилизации. Древние города Среднего Востока позволяли скапливаться
своему хламу и мусору и в конце концов строили на нем новые дома. Все
разрушенные древние города сами окружили себя насыпями из мусора, и
археологи вкапываются в мусор, чтобы по нему узнать о жизни тех времен.
Мы теперь вывозим твердый мусор и сваливаем его в неиспользуемом
районе. Все города поэтому имеют районы, где ржавеет неисчислимое количество
старых автомобилей и горы другого мусора, которые служат охотничьими
угодьями для миллиардов крыс.
Эти отходы скапливаются без конца. В крупных городах каждый день
приходится вывозить многие тонны мусора (в промышленных районах более тонны
на человека в год), и уже кончаются места, где можно устраивать свалки.
Серьезной особенностью проблемы является то, что твердые отходы не
так-то быстро перерабатываются в ходе естественных процессов. Особенно долго
живут алюминий и пластмасса. И все же способы их переработки можно
придумать, собственно, нужно придумать. Именно эти свалки, как я указывал
ранее, образуют своего рода залежи использованных металлов.
ЭНЕРГИЯ СТАРАЯ
Проблемы истощения ресурсов и загрязнения окружающей среды имеют одно и
то же решение — переработку (Здесь речь идет только о материальном
загрязнении. Существуют другие виды загрязнения, которые невозможно
переработать и которые будут рассмотрены ниже). Ресурсы — это то, что
извлекается из окружающей среды, а загрязнитель — это то, что возвращается
в окружающую среду в избытке по сравнению с тем, что может быть переработано
благодаря естественным процессам. Люди должны ускорить процесс переработки
для того, чтобы восстанавливать ресурсы так же быстро, как они потребляются,
и устранять загрязнение настолько быстро, насколько быстро оно создается.
Могут быть созданы ускоренные циклы и в некоторых случаях такие, которые не
имеют места в природе.
Решение обеих проблем требует времени, труда и разработки новых
технологий. Требуется еще одна вещь — энергия. Энергия требуется, чтобы
вести разработку морского дна, чтобы добраться до Луны, чтобы
сконцентрировать тонкое рассеяние элементов, или для того, чтобы построить
из простых веществ сложные. Требуется энергия и для того, чтобы уничтожить
нежелательные отходы, или обработать их до безвредного уровня, или удалить
их. Сколь упорно и решительно, сколь новаторски мы ни научились бы
трансформировать цикл для того, чтобы ресурсы продолжали поступать, а
загрязнение бы исчезало, — это требует энергии.
В отличие от материальных ресурсов энергию нельзя использовать
бесконечно: она не перерабатываема. В то время как энергию невозможно
уничтожить, часть ее любого фиксированного количества, которая может быть
преобразована в работу, неуклонно уменьшается в соответствии со вторым
началом термодинамики. Поэтому у нас больше оснований волноваться об
энергии, нежели о других ресурсах.
Короче, говорить об истощении ресурсов в целом, это значит говорить
лишь о возможности истощения нашего энергетического запаса. Если у нас есть
большой и непрерывный запас энергии, тогда мы можем использовать его для
переработки наших материальных ресурсов, и мы ничего не истощим. Если у нас
будет лишь скудный запас энергии или если запас истощится, то мы потеряем
возможность манипулировать окружающей нас средой, а также утратим все другие
ресурсы.
Каково же у нас положение с энергией?
Главный источник энергии здесь, на Земле — это радиация Солнца, в
которой мы постоянно купаемся. Растительная жизнь преобразует энергию
солнечного света в химическую энергию, сохраняемую в ее тканях. Животные,
поедая растения, создают свои запасы химической энергии.
Солнечный свет преобразуется также в неживые формы энергии. Благодаря
неравномерному нагреву Земли образуются течения в океане и в воздухе,
подобная энергия иногда может быть сильно сконцентрирована, например, в
ураганах и торнадо. Благодаря испарению океаном воды и затем ее конденсации
в виде осадков на суше образуется энергия текущей воды.
Существуют также несолнечные, менее значительные источники энергии. Это
— внутреннее тепло Земли, которое дает о себе знать более или менее слабо в
виде горячих источников и гейзеров и сильно — в виде землетрясений и
извержений вулканов. Это — энергия вращения Земли, которая проявляется в
приливах и отливах. Это — энергия радиации от других источников, помимо
Солнца (звезд, космических лучей), и естественная радиоактивность таких
элементов, как уран и торий, в земле.
Растения и животные в большинстве случаев используют в своих тканях
запасы химической энергии, хотя даже простые формы жизни могут использовать
и неживую энергию — так растения дают своей пыльце и семенам разлетаться по
ветру.
То же самое и древние люди. Они использовали свою мускульную энергию,
перенося ее и концентрируя с помощью орудий. Это, естественно, нельзя
отвергнуть. Многое можно сделать с помощью колес, рычагов и клиньев, если
даже за ними только человеческие мускулы. Пирамиды Египта были построены
таким образом.
Даже до начала цивилизации люди научились использовать мускулы животных
для того, чтобы дополнять свой труд. Это в ряде случаев было шагом вперед от
использования силы рабов. Животные были более послушны, чем люди, и животные
могли есть пищу, которую люди есть бы не стали, так что от них не было
ущерба пищевому запасу. Наконец, энергия некоторых животных более
концентрированна, и они могут применять ее с большей силой, чем человек.
Вероятно, наиболее успешно одомашненным животным с точки зрения
скорости и силы была лошадь. До начала девятнадцатого века люди не могли
передвигаться по земле быстрее, чем лошадь галопом; и сельское хозяйство
такой страны, как Соединенные Штаты, зависело от количества и здоровья ее
лошадей.
Люди использовали также неживые источники энергии. Товары можно было
сплавлять на плотах, используя течение реки. Паруса с помощью ветра могли
двигать корабль и против течения. Водные течения могли быть также
использованы для вращения водяного колеса, а ветер — для вращения крыльев
ветряной мельницы. В океанских портах корабли могли пользоваться приливами и
отливами для отправки в море.
Все эти виды энергии были, однако, ограниченны. Они либо давали только
определенное количество энергии, как делала лошадь, либо были подвержены
бесконтрольным колебаниям, что можно отнести к ветру, либо были привязаны к
определенному географическому месторасположению, как реки с быстрым
течением.
Однако наступил поворотный момент, когда человек впервые использовал
неживой источник, который был в его распоряжении в любом необходимом
количестве, на любое необходимое время, который можно было переносить и
полностью контролировать, — огонь.
Что касается огня, то никакие другие организмы, кроме гоминидов, не
осуществили ни малейшего продвижения в направлении его использования. Это
самая четкая разделительная линия между гоминидами и другими организмами. (Я
сказал "гоминиды", потому что огонь впервые использовал не Homo sapiens.
Существует определенное свидетельство, что огонь использовался в пещерах в
Китае, в которых по крайней мере полмиллиона лет назад обитал очень древний
вид Homo erectus.)
Огонь естественным образом появляется тогда, когда в дерево бьет
молния, и несомненно первое использование огня было только последующим
явлением. Подбирали огонь от дерева, пораженного молнией, питали его
деревом, не давали угаснуть. Потухший костер на стоянке приводил к
серьезному неудобству, потому что надо было искать огонь, который послужил
бы для зажигания нового костра, а если его было не найти, неудобство
превращалось в катастрофу.
Вероятно, только к 7000 году до н. э. были открыты методы разжигания
огня трением. Как к этому пришли, где и когда метод был впервые использован,
неизвестно и, может быть, никогда и не будет известно, но по крайней мере мы
знаем, что открытие было сделано Homo sapiens, потому что к этому времени (и
задолго до этого времени) это был единственный гоминид.
Главным топливом для огня в древности и в средние века было дерево
(Жиры, масла и воски животного происхождения использовались в лампах и в
свечах, но их вклад был незначительным). Другие энергетические ресурсы не
могут быть использованы быстрее, чем они обновляются. Люди и животные устают
и должны отдыхать. У ветра и воды фиксированное количество энергии, и больше
от них взять нельзя. Не так обстоит дело с деревом. Растительные формы
постоянно растут и замещают себя, так что до определенного предела
истребление дерева может быть приемлемым. Но дерево может быть использовано
и в темпе, опережающем темп восстановления, и люди в этом случае запускают
руку в запасы будущего.
Так как использование огня с ростом народонаселения и развитием все
более передовой техники неуклонно возрастало, стали исчезать леса в
непосредственной близости от центров цивилизации.
Возможности сберегать лес тоже не было, потому что каждое продвижение
техники увеличивало потребность в энергии, а люди никогда не хотели
отказываться от своих технических достижений. Так, плавка меди и олова
требовала тепла, а это означало сжигание дерева.
Плавка железа потребовала еще больше тепла, но дерево не могло дать
достаточно высокой температуры. Однако, если дерево сжигалось при малой
циркуляции воздуха или вообще без его доступа, середина древесного штабеля
обжигалась дочерна и превращалась в почти чистый уголь (древесный уголь).
Этот древесный уголь горел медленнее, чем дерево, не давал буквально
никакого света, но создавал гораздо более высокую температуру, чем горящее
дерево. Древесный уголь сделал плавку железа практичной (снабдил его
углеродом и сделал полезным). Однако производство древесного угля вело к
большим древесным отходам.
Леса продолжали отступать под натиском цивилизации, но даже при этом
еще полностью не исчезли. Около 10 миллиардов акров, или 30 процентов всей
суши на Земле, составляют леса.
Конечно, в наши дни предпринимаются усилия, чтобы сохранить лес и
использовать его лишь в тех пределах, в которых можно восстановить. Каждый
год может быть заготовлен 1 процент нарастающей древесины, и это составляет
около 2 миллиардов кубических метров дерева. Из этого количества почти
половина еще используется как топливо, главным образом в менее развитых
странах мира. Вероятно, сейчас дерева в виде топлива употребляется больше,
чем когда население мира было намного меньше, чем сегодня. Леса, которые
остаются, сохраняются в неизменном виде (что, между прочим, не совсем
хорошо) лишь потому, что дерево не является основным топливом и
энергетическим источником человечества.
Значительная часть дерева образовалась в очень древние периоды истории
Земли и полностью не исчезла, а, будучи погребена в болотах, сохранилась в
условиях, когда атомы всех элементов, кроме углерода, были удалены. Этот
углерод оказался погребенным под осадочными породами и претерпел сильное
сжатие. Большие его количества, являющиеся окаменелой древесиной, находятся
под землей. Это не что иное, как каменный уголь, который представляет собой
сохраненную химическим способом энергию, произведенную Солнцем за сотни
миллионов лет.
Мировые запасы угля оцениваются примерно в 8 триллионов тонн. Если это
так, то содержание углерода в земных запасах каменного угля в два раза
больше, чем в ныне существующих организмах.
Уголь, по-видимому, жгли в Китае уже в средние века. Марко Поло,
который посетил двор Хубилай-хана в тринадцатом веке, сообщал, что черные
камни сжигались в качестве топлива, и именно после этого его стали жечь то
тут, то там в Европе, впервые в Нидерландах.
Тем не менее в широких масштабах употребление угля началось в Англии. В
пределах границ этого небольшого королевства сокращение лесов оказалось
очень значительным. Стало проблемой не только отопление домов в этом далеко
не таком уж солнечном климате, но и удовлетворение потребностей в топливе
растущей промышленности страны, а, кроме того, еще существовал английский
флот, от которого зависела безопасность нации.
К счастью для Англии, в северной части страны нашелся легко добываемый
уголь. Собственно, именно в Англии было выходов угля на поверхность больше,
чем в любом другом регионе сопоставимого размера. К 1660 году Англия
добывала 2 миллиона тонн угля ежегодно, это свыше 80 процентов угля,
добываемого тогда в мире, и это стало главным фактором сохранения ценных и
все более скудных лесов. (В наши дни добыча угля в Великобритании составляет
около 150 миллионов тонн в год, но это лишь 5 процентов мировой добычи.)
Уголь был бы особенно полезен, если бы его можно было использовать для
плавки железа, потому что заготовка древесного угля приносила много отходов,
и плавка железа была главной причиной уничтожения лесов.
В 1603 году Хью Платт (1552-1608) открыл способ нагревания каменного
угля для избавления от побочных веществ, в результате получался почти чистый
углерод, названный коксом. Кокс оказался замечательным заменителем
древесного угля при выплавке железа.
В 1709 году английским металлургом Абрахамом Дерби (1678-1717) был
усовершенствован способ изготовления кокса, и сразу же уголь начал занимать
свое истинное место в качестве основного источника энергии в мире. Именно
уголь придал сил промышленной революции в Англии, потому что горящий уголь
нагревал воду, которая превращалась в пар, двигающий паровые машины, которые
вращали колеса фабрик, локомотивов и пароходов. Именно уголь Рурского
бассейна, Аппалачей, Донецкого бассейна сделал возможной индустриализацию,
соответственно, Германии, Соединенных Штатов и Советского Союза.
Дерево и уголь — это твердое топливо, но существует также топливо
жидкое и газообразное. Растительные масла могли быть использованы как жидкое
горючее в лампах, а дерево при нагревании выделяло легковоспламеняемые пары.
Собственно, именно сочетание этих паров в воздухе создает пляску пламени.
Твердое топливо, которое не производит паров, как, например, древесный уголь
и кокс, — просто тлеет.
Однако только в восемнадцатом веке научились производить и сохранять
горючие газы. В 1766 году английский химик Генри Кавендиш (1731-1810)
получил и изучил водород, который он назвал "огневым газом" за его легкую
воспламеняемость. Водород при горении дает значительно большее количество
тепла, чем уголь, — 250 калорий на грамм по сравнению с 62 калориями для
лучших сортов угля.
Недостатком водорода является то, что он горит слишком быстро, а если
его перед зажиганием смешать с кислородом, то достаточно поднести искру, и
он взрывается со страшной силой. Слишком возможно и его случайное
смешивание.
Однако, если обычные сорта угля нагреваются без доступа воздуха, то
выделяются легковоспламеняющиеся пары. Это "угольный газ", он только
наполовину состоит из водорода. Вторая его половина — это углеводород и
окись углерода, смесь эта в целом горюча, но уже не столь взрывоопасна.
В 1800 году шотландский изобретатель Уильям Мер-док (1754-1839)
использовал струи горящего угольного газа для освещения своего дома
доказывая, что его взрывоопасность низка. В 1803 году он использовал газовое
освещение на своей фабрике, а в 1807 году газом стали освещать улицы
Лондона.
В то же время в горах обнаруживали просачивающийся из недр маслянистый,
легковоспламеняющийся материал, впоследствии его стали называть английским
словом "петролеум" (от латинских слов "каменное масло"), потом и еще более
употребительным словом — просто oil, или нефть. Как уголь является
продуктом лесов минувших эпох, так и нефть — продукт одноклеточной морской
жизни прошлых эпох.
Древним были известны довольно близкие к нефти по составу, выходившие
на поверхность, но твердые материалы. Они назывались "битумом" или "варом" и
применялись в качестве водонепроницаемой пропитки. Арабы и персы хорошо
знали о воспламеняемости их жидких частей.
В девятнадцатом веке велись поиски газов или легко испаряющихся
жидкостей, чтобы лучше удовлетворять потребности освещения, вместо
используемых тогда угольного газа и китового жира. Нефть оказалась
подходящим веществом, ее можно было перегонять, и жидкая ее часть --
"керосин" — была идеальна для ламп. Единственно, что было необходимо, это
— большие запасы нефти.
В Титусвилле, штат Пенсильвания, имелись выходы нефти на поверхность,
ее собирали и продавали как патентованное лекарство. Железнодорожный
кондуктор Эдвин Лаурентин Дрейк (1819-1880) сделал вывод, что под землей
имеется большой запас нефти, и предпринял бурение. В 1859 году он успешно
создал первую продуктивную скважину, после чего бурение стали производить
повсюду, и родилась современная нефтяная промышленность.
С тех пор из земли с каждым годом добывалось все больше и больше нефти.
Появление автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, который работал на
бензине (жидкой фракции нефти, которая испаряется еще легче, чем керосин),
придало колоссальное ускорение промышленности и заставило еще больше
увеличивать добычу нефти. Существуют также газообразные фракции нефти,
главным образом метан (с молекулами, состоящими из одного атома углерода и
четырех атомов водорода), называемый еще "природный газ".
С началом двадцатого века потребление нефти стало заметно обгонять
потребление угля, а после Второй мировой войны она стала главным топливом
промышленности во всем мире. Таким образом, уголь, обеспечивавший до Второй
мировой войны 80 процентов энергетических потребностей Европы, в 70-е годы
обеспечивал только 25 процентов этих потребностей. Мировое потребление нефти
более чем учетверилось со времени Второй мировой войны и сейчас составляет
около 60 миллионов баррелей в день (Баррель — примерно 160 литров. Все
данные в книге даны на момент ее написания).
Общее количество нефти, добытой в мире со времени открытия первой
нефтяной скважины Дрейка, составляет около 350 миллиардов баррелей, причем
половина этого количества использована за последние двадцать лет. Общий
запас нефти, еще остающейся в земле, оценивается в 660 миллиардов баррелей,
и при нынешних темпах потребления ее хватит только на тридцать три года.
Это серьезная проблема. Нефть — это наиболее удобное топливо, и
количество ее в наличии таково, какого люди никогда еще прежде не находили.
Ее легко добыть, легко транспортировать, легко очищать, легко использовать
— и не только ради получения энергии, но и как источник разнообразных
синтетических материалов — краски, лекарства, синтетическое волокно,
пластмасса. Именно благодаря нефти индустриализация распространяется по миру
огромными темпами.
Переключение с нефти на другой энергетический источник причинит
огромные неудобства и потребует больших капитальных затрат, хотя это
безусловно придется когда-нибудь делать. При этом неуклонно растущий темп
потребления нефти и перспектива неизбежного падения производства при ее
недостатке поднимают цену на нефть до небес. В 70-е годы это существенно
лихорадит мировую экономику. К 90-м годам производство нефти, вероятно,
упадет ниже потребностей, и если другие энергетические источники не закроют
брешь, мир столкнется с нехваткой энергии (Открытие к этому времени новых
месторождений нефти как на суше, так и на континентальном шельфе, открытие
месторождений природного газа ныне в значительной степени смягчили эту
проблему). Все опасности истощения ресурсов и загрязнения воды и воздуха
обострятся, именно энергетический голод в домах, на фабриках и на фермах
приведет к недостатку тепла, товаров и даже пищи.
В этом случае представляется неуместным опасаться катастроф Вселенной,
Солнца, Земли; не стоит опасаться черных дыр и внеземных вторжений. Вместо
этого не должны ли мы на протяжении жизни нынешнего поколения подумать о
том, что запас доступной энергии, который неуклонно рос на протяжении всей
истории человечества, наконец пройдет свой пик и начнет падать, и не погубит
ли это человеческую цивилизацию, не вызовет ли отчаянную атомную войну за
последние крохи, и на том закончится всякая надежда на выздоровление
человечества?
Это катастрофа, с которой мы столкнемся скорее, чем с любой другой,
которые я рассматривал выше.
ЭНЕРГИЯ НОВАЯ
Хотя перспектива энергетического голода может рассматриваться как
неминуемая и ужасная, она все-таки не неизбежна. Это катастрофа, которую
создает человек, и поэтому она поддается человеку: он может ее отложить или
избежать ее.
Как и в случае с ресурсами, существуют контрмеры.
Во-первых, существует сбережение.
В течение двухсот лет человечеству порядком везло, что оно располагало
достаточно дешевой энергией, и это имело не очень при...
