концентрированные залежи всего, что осталось после множества сезонов роста лесов, то есть окаменелый солнечный свет. Всего одна тонна каменного угля дает столько же тепловой энергии, сколько древесина, выросшая за год на целом акре леса, возобновляемого порослевым методом. Современный мир построен на каменном угле.
Энергетическая революция
Каменный уголь мы начали применять задолго до Промышленной революции. Марко Поло прошел по Великому шелковому пути до самого Китая в конце XIII века и потом описывал, что у китайцев есть диковинный обычай – они жгут куски черного камня как топливо[597]. И даже в Британии к концу II века римляне уже разведали и разрабатывали многие основные угольные пласты Англии и Уэльса и применяли каменный уголь для обработки металла и в отопительных системах (в римских домах оборудовали «теплые полы»)[598].
Непосредственным катализатором процесса, который мы называем Промышленной революцией, стало текстильное производство. В индустрии обработки хлопка во второй половине XVIII века был сделан целый ряд изобретений, полностью преобразивших ее: появились станки, способные прясть нити из хлопковых волокон и шерсти, а затем ткать из них ткани. Эти станки сначала работали на водяных колесах, и производительность фабрик постоянно росла, а с ней и потребность в сырье, но ее было легко удовлетворить за счет доступного дешевого хлопка из британских колоний в Америке и Индии (об этих сетях международной торговли мы говорили в предыдущей главе). Но подлинной движущей силой, стоявшей за Промышленной революцией, был экономический цикл с участием угля, производства железа и паровой машины.
Промышленная революция начала набирать ход с появлением кокса, которым топили доменные печи. Каменный уголь, добываемый из-под земли, – это не чистое углеродное топливо, в нем есть примеси в виде летучих органических соединений, серы и влаги. Коксование – это процесс, в ходе которого уголь сначала нагревают, не давая ему вспыхнуть и сгореть (примерно так же делают древесный уголь из древесины), чтобы избавиться от примесей и создать топливо с более высокой температурой сгорания; в частности, нужно обязательно очистить его от серы, которая портит железо и делает его хрупким. Домны, работающие на коксе, значительно удешевили производство железа, обеспечивая материалы для строительных проектов и для станков, которые становились все сложнее.
Эксплуатация больших подземных залежей угля и производство кокса освободила Британию периода начала индустриализации от ограничений, навязываемых возобновлением лесов, и обеспечила ее неограниченным количеством энергии для производства товаров, необходимых для общества. Однако подлинно судьбоносным шагом вперед стало изобретение парового двигателя, который обеспечил силу и движение без участия живых мускулов. С принципиальной точки зрения паровой двигатель – это преобразователь, превращающий тепловую энергию в кинетическую: он из тепла делает движение. Сначала паровые машины применялись на угольных шахтах, чтобы выкачивать грунтовые воды: тогда можно было подобраться к более глубоким залежам. Поскольку первые паровые двигатели стояли прямо в каменноугольных копях, было не так уж важно, что им требовалось колоссальное количество топлива. Однако постоянные усовершенствования и доработки делали их все более экономичными и производительными.
Паровая машина стала энергостанцией общего назначения. Она служила «перводвигателем» для заводов: одна такая машина могла обеспечивать энергией целый цех станков через систему подвесных ремней и цепей. Для транспорта были разработаны более компактные паровые двигатели с высоким давлением, требовавшие меньше топлива, а их значительный вес распределялся по поверхности благодаря стальным рельсам; а можно было поставить такой двигатель и на корабль, воспользовавшись плавучестью его корпуса. Вскоре пар уже возил грузы и пассажиров по всему земному шару. К началу ХХ века паровые машины обеспечивали около двух третей энергии, потребляемой в Британии, они перевозили по железным дорогам 90 % сухопутных транспортных средств и переносили за моря 80 % грузов[599].
Такова была суть трехчастного процесса, который подталкивал ускоряющуюся индустриализацию. Пар позволил нам добывать все больше угля, плавильные печи на угле давали все больше и больше железа – и к тому же и уголь, и железо требовались для строительства и обслуживания все новых и новых паровых двигателей, чтобы добывать уголь, производить железо и строить машины – все быстрее и быстрее. Таким образом, уголь, железо и паровой двигатель образовали единый трехчастный экономический цикл, который усиливал и ускорял сам себя.
Этот переход к индустриализации оказался таким важным для нашей истории, поскольку избавил человеческую цивилизацию от дефицита энергии. Уголь щедро снабжал нас тепловой энергией, и его не требовалось возобновлять, а паровая машина сняла зависимость от человеческой и животной мышечной силы. Без огромных резервов ископаемого топлива цивилизация едва ли смогла бы развиться дальше сугубо земледельческой стадии. Как же Земля запаслась для нас такими ресурсами готовой энергии?
Ископаемый солнечный свет
Несомненно, вы знаете, что каменный уголь получился из ископаемых остатков древних деревьев. А на страницах этой книги мы постоянно видели, что геологический период, ставший эпохой самого бурного и повсеместного образования каменного угля, обладал некоторыми особенностями. Преобладавшие тогда условия привели к глубочайшим последствиям для всей истории жизни на Земле.
Хотя растения колонизировали сушу примерно 470 миллионов лет назад, эволюционировав из ветвистых зеленых водорослей, обитавших в озерах[600], у них ушло довольно много времени на то, чтобы накопить достаточно зеленой массы для образования первых залежей каменного угля – еще очень скудных. За почти 400 миллионов лет, когда наша планета была покрыта обширными лесами, самые богатые и распространенные залежи угля, несомненно, возникли в каменноугольный период протяженностью 60 миллионов лет, который закончился около 300 миллионов лет назад. Недаром он так назван. В истории нашей планеты были и другие, более поздние периоды, когда образовывался каменный уголь, но каменноугольный период лидирует просто по объему и распространенности угольных пластов. Этим коротким промежутком датируется около 90 % угля, который мы использовали со времен Промышленной революции.
В норме, когда живые организмы умирают, будь то дуб или дятел, они разлагаются, и углерод из органических молекул в их организме возвращается в состав углекислого газа в воздухе, который затем снова захватывается растениями в ходе фотосинтеза. Чтобы за каменноугольный период такие колоссальные количества углерода превратились в уголь, нужно как-то блокировать процесс разложения, и складывается впечатление, что в те времена по каким-то причинам общий механизм переработки углерода на Земле не работал. Деревья умирали, но не гнили. Погибшие растения накапливались на земле, превращались в торф, который уходил все глубже и глубже под новыми слоями зелени и запекался в каменный уголь под воздействием внутреннего жара планеты.
Для накопления торфа нужно, в сущности, одно: чтобы растения росли быстрее, чем отмерший материал успевал распасться или на более длительном временном масштабе отложения физически подвергся эрозии. Похоже, равновесие нарушили роскошные зеленые леса в низкой болотистой местности: там мертвые деревья оказывались погребены под землей без кислорода, не успев полностью разложиться.
В каменноугольный период наш мир выглядел совсем иначе. В этом глубочайшем прошлом рисунок континентов, постоянно дрейфовавших по поверхности Земли под воздействием тектоники плит, был неузнаваем. Крупные массивы суши то и дело сталкивались друг с другом, соединялись и в конце концов составили сверхконтинент Пангею.
Вдоль экватора на плитах, которые теперь превратились в Северную Америку и Западную и Центральную Европу, тянулись обширные низменности, где и возникли тропические болота с густыми лесами. Деревья, из которых состояли эти болотные леса, еще размножались спорами, как было описано в главе 3, и на наш взгляд показались бы пугающе экзотичными. Это были древние предки хвощей, плаунов, полушников и папоротников, которые в сегодняшних лесах смиренно довольствуются тенистыми нижними этажами. Большинство угля дали плауновидные[601] – деревья, родственные современному плауну. Их стволы в метр толщиной были очень прямыми, с редкими сучьями, необычного зеленого цвета и с текстурой в виде регулярно расположенных вмятинок на тех местах, где были старые опавшие листья: их окаменелые остатки очень похожи на автомобильные покрышки. Они достигали больше 30 метров в высоту и обладали компактной кроной из длинных мечевидных листьев.
В этих болотных экосистемах с их буйной растительностью кишела и диковинная фауна. Подлесок содрогался под натиском гигантских тараканов, на диво похожих на современных, а также пауков размером с мечехвостов (правда, они еще не плели паутину) и полутораметровых сороконожек. По болотам, широко расставляя ноги, расхаживали амфибии, похожие на тритонов, но размером с коня[602]. А в жарком влажном воздухе парили гигантские хищные стрекозы с размахом крыльев до 75 сантиметров[603]. Но если бы можно было вернуться в прошлое и прогуляться по этим пышным лесам, мы наверняка обратили бы внимание на отсутствие определенных звуков, и это даже, пожалуй, насторожило бы нас: в этом лесу не пели птицы. В древних небесах летали только насекомые, птицам предстояло появиться лишь через 200 миллионов лет. Не успели эволюционировать и многие другие существа, которых мы ожидали бы увидеть в такой среде, – над теплыми прудами не гудели комары, не было ни муравьев, ни жуков, ни мух, ни шмелей