Энергия и цивилизация

Растительное топливо также служило важнейшим источником освещения во всех доиндустриальных обществах. Огонь, факелы из смолистого дерева и горящие лучины были простейшими, но наименее эффективными и очень неудобными вариантами освещения. Первые масляные лампы с горящим жиром появились в Европе в верхнем палеолите, около 40 тысяч лет назад (de Beaune and White 1993), свечи начали использовать на Среднем Востоке после 800 года до н. э. И те и другие обеспечивали неэффективное, слабое и дымное освещение, но они по меньшей мере были безопасными и высокомобильными. Для горения использовались различные животные и растительные жиры: пчелиный воск, оливковое, рапсовое, льняное и касторовое масло, ворвань, говяжье сало; на фитили шел папирус, пенька, тряпки. До конца XVIII века искусственное освещение существовало только в форме свечей, и для яркой иллюминации требовалось огромное количество этих крохотных источников света.

Свечи превращают только около 0,01 % химической энергии в свет, самая яркая точка в их пламени дает среднюю интенсивность излучения (объем энергии, падающей на единицу поверхности) всего лишь на 20 % выше, чем у чистого неба. С изобретением спичек в Китае в конце VI века растопка очагов и разжигание ламп стали намного более легким делом. Первые спички представляли собой тонкие сосновые палочки, пропитанные серой; они добрались до Европы только в начале XVI века. Современные безопасные спички с красным фосфором на головке были придуманы в 1844 году и вскоре заняли большую часть рынка (Taylor 1972). В 1794-м Ами Арганд предложил лампы, светимость которых можно увеличивать с помощью фиксатора фитиля, с центральной подачей воздуха и трубой для лучшей тяги (McCloy 1952).

Вскоре после этого появился первый осветительный газ, полученный из угля. Однако большую часть XIX века за пределами крупных городов десятки миллионов домов по всему миру продолжали полагаться в области освещения либо на растительное топливо, либо на животные жиры, в первую очередь на китовую ворвань. Плохо оплачиваемая, утомительная и опасная охота на морских млекопитающих, описанная в романе Германа Мелвилла «Моби Дик» (1851), достигла пика перед 1850 годом (Francis 1990). Американский китобойный флот, на тот момент крупнейший, состоял из 700 судов в 1846 году. В первую половину десятилетия около 160 тысяч бочек китового жира прибывало каждый год в порты Новой Англии (Starbuck 1878). Последующее уменьшение численности китов и конкуренция со стороны угольного газа и керосина привели к быстрому упадку этого промысла.

Транспорт и строительство

Доиндустриальная эволюция в этих отраслях показывает очень неровное чередование прогресса и стагнации, а иногда даже регресс. Обычные парусники конца XIX века значительно превосходили лучшие суда классической античности как в скорости, так и в способности идти под ветром. И точно так же, тщательно сконструированные экипажи на рессорах, приводимые в движение удобно запряженными лошадьми, предлагали куда более комфортное путешествие, чем спина лошади или телега без рессор. Но даже в богатейших европейских странах типичные дороги были вряд ли лучше, а часто даже хуже, чем во времена поздней Римской империи. Мастерство афинских архитекторов, создавших Парфенон, или римских строителей, сложивших Пантеон, было не ниже, чем у их последователей, возводивших барочные дворцы и церкви. Все изменилось, и довольно быстро, с распространением намного более мощного первичного движителя и строительного материала превосходного качества. Паровой двигатель, дешевые чугун и сталь дали толчок революции и в транспорте, и в строительстве.

Наземный транспорт

Ходьба и бег, два естественных способа человеческого передвижения, преобладали в доиндустриальных обществах. Энергетические затраты, средние скорости и максимальные дневные дистанции всегда зависели в первую очередь от индивидуальной готовности и ландшафта (Smil 2008а). Затраты были больше при скоростях как выше, так и ниже оптимума в 5–6 км/ч, а при движении по неровной поверхности, грязи или глубокому снегу они увеличивались в среднем на 25–30 %. Перемещение вверх по склону сопровождается затратами, которые определяются как градиентом, так и скоростью, и исследования показывают почти линейное увеличение в энергетических потребностях в соответствии с широким спектром скоростей и уровня наклона (Minetti et al. 2002).

Бег требует выхода мощности между 700 и 1400 МВт, что в 10–20 раз больше, чем при базовом обмене веществ. Медленно бегущий человек весом в 70 кг произведет 800 Вт; мощность опытного марафонца, одолевшего дистанцию (32,195 км) за 2,5 часа, в среднем составит около 1300 Вт (Rapoport 2010); и когда Уссейн Болт установил мировой рекорд на стометровке в 9,58 с, максимальная мощность (несколько секунд при беге и в то время, когда его скорость составляла половину от максимума) была