Петр Капица
Великое затмение
Улицы и дома погружены во мрак. Лишь вершины, небоскребов засвечены тусклой луной. Остановились поезда, трамваи, троллейбусы. Кругом автомобильные пробки. Тысячи людей застряли в лифтах. В неподвижных вагонах подземки темно и душно — отключена вентиляция. Хирурги заканчивают операцию при свечах. Аэродромы в темноте. Самолеты кружат в воздухе — не видно взлетно-посадочных полос. Остановились все фабрики и заводы, застыл металл в электропечах. Паника. Начались грабежи.
Это не отрывок из научно-фантастического рассказа. Такое уже не раз случалось: ноябрь 1965 года — Нью-Йорк, Бостон, Монреаль, северо-восточные штаты США и юг Канады; июль 1977 года — опять Нью-Йорк и его пригороды; декабрь 1978 года — Франция, от Ла-Манша до Пиренеев, от Атлантического побережья, до заснеженных Альп. Гигантские города, целые штаты и департаменты тонули во мраке. Причина — авария в крупной энергосистеме. Июль 1981 года: без электричества остались свыше 150 тысяч жителей одного из районов Нью-Йорка — Стоейтен Айленд. В результате взрыва и пожара на одной из электростанций, принадлежащей компании "Консолидейтед Эдисон", погасли уличные огни, светофоры, остановились лифты, прекратилась телефонная связь, начались серьезные перебои в водоснабжении. Напуганные жители, опасаясь повторения событий "великого затмения" (так называли нью-йоркскую катастрофу 1977 года), с электрическими фонариками, свечами, керосиновыми лампами вышли на улицы, где провели всю ночь. И опять грабежи…
Трагические, но наглядные доказательства главенствующей роли энергетики в современной цивилизации.
Вот уже 200 лет история демонстрирует непрерывный экспоненциальный рост нашей цивилизации. Закон экспоненты очень распространен в природе. Описываемые им явления похожи на лавинообразный рост, что-то наподобие взрыва. Да, мы живем в эпоху взрывов: индустриального, демографического, информационного, энергетического… Каждые 20 лет потребление энергии удваивается.
Сейчас можно строить только гипотезы, сколь долго продлится эра "неограниченной экспансии". Возможно, что такая стратегия для некоторых: цивилизаций — норма поведения. Именно длительность взрывной фазы определяет достижимый для цивилизации барьер развития. На практике экспоненциальный рост — это прежде всего выход в космос и освоение сначала ближней, а затем и более отдаленных его частей. Космическое расширение общества предвидел К. Э. Циолковский еще в начале века. Если стремительный темп роста сохранится на протяжении нескольких миллионов лет, то цивилизация подобная земной освоит свою галактику, овладеет ее энергией. Процесс освоения будет связан с астроинженерной деятельностью — преобразованием на разумной основе звезд и межзвездной среды. По классификации советского астрофизика Н. С. Кардашева, галактическая цивилизация — это уже "сверхцивилизация", или цивилизация третьего типа. Земная цивилизация отнесена им к первому типу, второй тип — это цивилизация, овладевшая энергией своего солнца. При существующем темпе роста нашей цивилизации потребовалось бы для этого два-три тысячелетия.
В принципе стратегия "неограниченной экспансии" возможна. Она не противоречит известным: законам природы и логически вытекает из них. Однако возможность еще не означает необходимость. Пока еще достоверность прогноза в астрономическом масштабе о варианте развития земной цивилизации весьма мала. Мы знаем свое прошлое и настоящее. Установив контакт с внеземными цивилизациями, мы, возможно, узнаем и свое будущее. Только ждать этого события по нашим земным меркам еще достаточно долго. По прогнозам известного ученого и писателя-фантаста Артура Кларка, первые радиоконтакты с внеземным разумом состоятся между 2030 и 2040 годом.
Что же касается перспектив на ближайшие столетия, то существующий технологический взрыв, по-видимому, будет продолжаться, и уже через 200 лет потребление энергии увеличится в 1000 раз.
Хватит ли природных ресурсов, чтобы следовать такому темпу? Ведь еще в 1973 году во времена разразившегося на западе энергетического кризиса человечество реально почувствовало, что запасы природного топлива не беспредельны. За 1961–1980 годы в мире было потреблено 45 миллиардов тонн нефти и более 20 триллионов кубических метров газа, что составляет соответственно 80 и 65 процентов от общего количества нефти и газа, уже использованного человечеством. По прогнозам советских и зарубежных специалистов, в оставшиеся до XXI века годы потребление энергии в мире превысит израсходованное количество ее за всю историю цивилизации.
Сейчас ежегодно потребление энергии в мире приближается к 10 миллиардам тони условного топлива, а к 2000 году этот показатель, по прогнозам экспертов, достигнет 18–23 миллиардов. Сокращение топливных запасов приводит к тому, что человек извлекает полезные ископаемые из глубинных пластов, а такая добыча делает дороже производство энергии. Добычей, транспортировкой и распределением энергоресурсов в индустриально развитых странах сегодня занято около половины работающих людей. Но острота энергетической проблемы не снижается. Цены на мировом рынке на топливо в период с 1972 года до начала 1980 года повысились более чем в семь раз, в том числе почти в восемь раз на нефть. Несмотря на некоторое снижение цен на нефть на мировом рынке в последние годы, все равно можно сказать, что эпоха дешевого топлива кончилась.
По оценкам ученых, если не рассчитывать на другие виды энергии, то запасы горючих ископаемых будут исчерпаны через 100–150 лет. Не надо еще забывать, что у человечества есть насущная потребность использовать большую часть добываемого природного топлива для производства продуктов питания и органического синтеза.
Великий русский химик Дмитрий Менделеев часто напоминал: нефть как сырье ценнее, чем как топливо, жечь ее неразумно ("топить можно и ассигнациями"). То же самое можно сказать о природном газе, угле…
В настоящее время 90 процентов добываемых углей, нефти и газа идут на энергетические цели. Проще говоря, сжигаются в топках. И только десять процентов используются химической промышленностью.
На данном этапе наиболее эффективной мерой борьбы с "топливно-энергетическим дефицитом" является экономия энергии. Около трети всей вырабатываемой энергии идет на обогрев помещений и горячее водоснабжение. Здесь заложены большие резервы для уменьшения тепловых потерь, например, за счет улучшения теплоизоляции и строительства зданий, со значительно сниженным потреблением тепла.
В одном из проектов американские ученые предложили в холодное время года накрывать на ночь своего рода одеялами… целые города. По их замыслу в роли таких одеял должны выступать скопления перистых облаков, которые можно будет создавать искусственным путем — распылив с самолета кристаллы йодистого серебра.
В чистом морозном воздухе, насыщенном влагой, эти кристаллы станут центрами образования множества льдинок. И над городом повиснет пелена, уменьшающая излучение с земной поверхности. В результате в таком городе, как, например, Олбани, температура воздуха ночью будет на 2,8 градуса выше, чем обычно. Днем же, распылив еще одну порцию тех же кристаллов йодистого серебра, можно вызвать сильный снегопад и очистить небо от облаков. По расчетам, эта мера увеличит нагрев воздуха и земной поверхности солнечными лучами, подняв среднюю дневную температуру на 5 градусов. Ученые провели и экономическое обоснование предложенного проекта. За отправную точку они взяли цены на нефть, газ и электроэнергию в 1980 году и попытались оценить, что дадут и во что обойдутся подобные операции, если их проводить хотя бы дважды в месяц над городской территорией в две тысячи квадратных километров. Оказалось, что экономия может достигать нескольких миллионов долларов в месяц. А при сильных морозах электростанции избавятся от значительных перерасходов энергии.
Правда, подобные проекты должны пройти тщательную экологическую экспертизу. Неизвестно, например, как выпадение иодидов скажется на флоре. Кроме того, концентрация воды в одном месте может привести к недостаче ее в других районах.
В современном хозяйстве еще много "дыр", через которые бесполезно утекает энергия. Внедрение новых, экономичных технологических процессов и современных систем управления с использованием микропроцессоров — существенный резерв экономии энергии. Это насущные задачи сегодняшнего дня.
Мир ищет энергию
На моем рабочем столе лежит обсидиан — стекловидный черный монолит, отлитый природой в своих подземных мастерских. Я привез эту частицу гор на память из Армении. Как посмотрю на камень, вижу в его черных зеркальных изломах белые в дымке горные вершины. Тяжелый сувенир охраняет бумаги на письменном столе: он лежит на них и не дает разлетаться при открытом окне.
