Энергия и цивилизация

Железо было широко распространено во многих доиндустриальных обществах, но сталь использовали лишь для особых целей. Подобно чугуну, сталь тоже является сплавом, но она содержит только 0,15-1,5 % углерода и часто очень малое количество других металлов (обычно никеля, марганца и хрома). Сталь превосходит чугун и любой из сплавов меди: лучшая инструментальная сталь имеет разрывную прочность на порядок выше, чем медь или железо (Oberg et al. 2012, примечание 4.21). Некоторые простые технологии древности позволяли получать сравнительно высококачественную сталь, но в малых количествах. Традиционные сталевары Восточной Африки использовали низкие (менее 2 м), круглые домны в виде конусов, питаемые древесным углем, построенные из шлака или глины над ямами с обугленной травой. Восемь человек управлялись с мехами из козьей кожи, подсоединенными к керамическим трубкам, что давало возможность поднять температуру выше 1800 °C (Schmidt and Avery 1978). Этот метод, очевидно, был известен с первых веков нашей эры и позволял прямо получить небольшие количества качественной стали со средним содержанием углерода.

Но доиндустриальные общества обычно приходили к стали одним из двух эффективных древних способов: либо обогащение углеродом ковкого мягкого железа, либо удаление лишнего углерода из чугуна. Первая технология возникла раньше, она предполагала продолжительное нагревание металла в каменном угле, и в процессе происходила постепенная внутренняя диффузия углерода. Без дальнейшей ковки такой способ давал слой твердой стали поверх ядра из более мягкого железа. Это был идеальный материал для плугов и для изготовления защитного снаряжения, доспехов или кольчуг. Повторяющаяся ковка распределяла абсорбированный углерод сравнительно равномерно, и в результате получались отличные лезвия для мечей. Декарбонизация, удаление углерода из чугуна посредством окисления, использовалась в Китае уже во время династии Хань и давала металл для таких исключительных объектов, как цепи для подвесных мостов.

Растущая доступность железа и стали постепенно привела к целому ряду глубоких социальных изменений. Железные пилы, топоры, молоты и гвозди ускорили процесс строительства домов и повысили их качество. Железная кухонная утварь, как и множество других предметов домашнего обихода, от колец до грабель, от решеток до терок, облегчили готовку и многие домашние работы. Железные подковы и плуги обеспечили интенсификацию земледелия. Революция случилась и в военном деле, сначала появились гибкие кольчуги, шлемы и тяжелые мечи, затем пушки, ядра и ручное огнестрельное оружие. Эти тенденции значительно ускорились после того, как металлургия перешла на каменный уголь и появились паровые машины.

Военное дело

Вооруженные конфликты всегда играли в истории значительную роль: они требовали мобилизации источников энергии (часто – в экстраординарном масштабе, и не важно, сбор ли это пеших солдат, вооруженных простыми предметами, производство взрывчатых веществ и боевых машин или подготовка запасов к долгой войне) и регулярно приводили ко все более концентрированному и опустошительному высвобождению разрушительной силы. Более того, поступление базовой энергии в виде пищи или топлива к населению, оказавшемуся под воздействием конфликта, страдало не только в то время, когда он разворачивался (реквизиции пищи для войск, уничтожение посевов, разрушение экономики, мобилизация молодых мужчин, вред, нанесенный поселениям и инфраструктуре), но и многие годы после его завершения.

Все исторические конфликты решались с помощью оружия, но оружие не является первичным движителем войны: если убрать два исключения, то до изобретения пороха единственными первичными движителями войны были мускулы человека и животных. Первым исключением является применение зажигательных материалов; вторым, конечно, использование парусов на боевых кораблях. Традиционное механическое оружие – ручное (кинжалы, мечи, копья) и метательное (дротики, стрелы, тяжелые снаряды для катапульт и требушетов) – конструировалось так, чтобы нанести максимальный физический урон с помощью резкого высвобождения кинетической энергии. Только изобретение пороха добавило новый, намного более мощный первичный движитель. Взрывчатая реакция между химическими веществами могла толкать метательные снаряды быстрее и дальше и увеличивать их разрушительную силу. Столетиями эта сила была ограничена неудобной конструкцией личного оружия (ружья с дульным и полочным заряжанием), но порох приобрел даже большую важность как движитель пушечных ядер.

Одушевленные энергии