ЭНЕРГЕТИКА БУДУЩЕГО И ПРИРОДА
ЭНЕРГЕТИКА БУДУЩЕГО И ПРИРОДА
Мы говорим, что человек живет на Земле. Это бесспорная истина, но она может быть конкретизирована: человек живет в пределах тонкой оболочки Земли, которую лишь недавно удалось покинуть первым космонавтам. Эта оболочка — ее в физической географии называют биогеносфера — сочетает в себе вещества в твердом, жидком и газообразном состоянии, в пределах этой оболочки материя эволюционировала до появления жизни… Естественно, что биогеносфера развивалась независимо от желаний человека, и мы получили в «наследство» очень сложное явление, с которым связаны «кровными узами» и с особенностями которого нельзя не считаться.
Стало быть, вполне закономерно локальное, так сказать пространственно ограниченное, рассмотрение проблемы «человек и природа» как проблемы «человек и биогеносфера».
В этом плане прежде всего необходимо выяснить, действительно ли «понимание природы» биогеносферы человеком станет важной составной частью общественного богатства в будущем, действительно ли наука, изучающая биогеносферу, станет непосредственной производительной силой.
Своеобразие исторического развития географии — от описания к анализу и синтезу, недавнее оформление ее в науку, теоретическую в частности, осложнили в последнее время положение в этой науке. Если ясны самые общие законы развития биогеносферы, то объяснение почти всех крупных, планетарного масштаба, событий в жизни биогеносферы до сих пор остается спорным, причем существуют гипотезы, подчас взаимоисключающие.
До самого последнего времени, например, физико-географы были крайне осторожны в определении темпов климатических изменений, и наши ученые обычно возражали против попыток объяснить, скажем, крупные миграции населения в доисторическую эпоху ухудшением климатических условий. Ныне определенно доказано, что буквально на глазах у человека Сахара дважды превращалась в цветущий край, изобилующий водой (в реках обитали бегемоты), и дважды вновь становилась пустыней, вызывая огромные по тем временам миграции… Можно ли с абсолютной уверенностью утверждать, что резкое ухудшение климата не охватит какой-нибудь иной район земного шара? Ныне мы довольно успешно объясняем существование, скажем, Сахары особенностями атмосферной циркуляции, преобладанием нисходящих токов воздуха в этих районах… Но что позволило Сахаре дважды за короткий исторический срок обводниться и зазеленеть? Разве не важно понимание этого для прогнозирования хода природных процессов в наше время?
Кстати, на берегах Аральского моря, ныне окруженного пустынями, несколько миллионов лет назад росли леса из бука, дуба, граба, секвойи… Сказать, что в то время был более влажный климат, — значит ничего не сказать. Во-первых, какие причины обусловили иное, чем теперь, распределение влаги на земном шаре? Во-вторых, и сейчас воздушные потоки, идущие над пустынями, достаточно богаты влагой — только выпадает она не на равнинах, а на склонах среднеазиатских гор.
Еще в прошлом веке было установлено, что в третичный период в Арктике — в Гренландии, на Шпицбергене, на Новосибирских островах — росли широколиственные леса и даже вечнозеленые растения, и вот уже около столетия продолжается спор о причинах столь странного явления. Одни ученые «перемещают» полюса, другие «передвигают» острова в более южные широты, третьи «усиливают» Гольфстрим. Но за каждым из этих объяснений таится еще множество «почему». Почему переместились полюса или острова, почему усилился Гольфстрим и т. п.
Даже такие грандиозные явления в жизни земного шара, как ледниковые эпохи, до сих пор не нашли удовлетворительного истолкования. В сущности, с одинаковой степенью логичности ныне доказывается, что причиной ледниковой эпохи может быть и повышение интенсивности солнечной радиации, и ее понижение и что солнце тут вообще ни при чем, а все дело в изменении земных условий…
Стало быть, законы развития биогеносферы, которые «ответственны» за все эти изменения, еще не вскрыты. Если же неизвестны основные законы развития, то очень и очень не просто разобраться в перепутанном клубке причин и следствий, очень не просто обнаружить, что же все-таки вызывает резкое изменение природных условий, и еще труднее дать доказательный прогноз возможных изменений… В этом смысле всемерное развитие теории физической географии становится насущно необходимым делом уже сегодня, особенно в связи с бурным развитием ядерной физики, принципиально доказавшей возможность получения термоядерной энергии.
Несмотря на высокий уровень энерговооруженности наиболее развитых стран мира, в среднем на одного жителя земного шара в наши дни приходится всего около одной десятой киловатта. А это очень мало. Термоядерная же энергия способна в корне изменить положение. «…Еще в конце этого или в начале будущего века, — считает академик Н. Н. Семенов, — можно будет увеличить электровооруженность, например, в 100 раз, то есть довести ее до 10 киловатт установленной мощности на человека. Это позволит электрифицировать и механизировать все производства, сельское хозяйство и быт, а при дальнейшем увеличении использования термоядерной энергии, скажем, еще в десять раз, откроются уже возможности рационального управления климатом». («Правда», 1 января 1961 года, статья «Человек и природа»).
«Управление климатом» — это широко распространенное, но очень неточное и слишком узкое понятие. Собственно, речь идет об управлении всем комплексом физико-географических процессов, потому что климат есть результат этих процессов и вообще нельзя изменить один компонент так, чтобы не изменились другие.
Какие произойдут изменения в природе, если, допустим, вместо холодного морского течения берега континента начнет омывать теплое течение? Авторы многочисленных проектов такого рода обычно отвечают, что климат приморских частей материка станет теплее, появятся новые возможности для развития сельского хозяйства и т. п.
Трижды за последние сто лет — в 1891, 1925 и 1941 годах — у тихоокеанского побережья Южной Америки разыгрывались следующие события. Как известно, берега Перу омываются течением Гумбольдта (или Перуанским). Это холодное течение, которое, во-первых, снижает температуру на побережье, а во-вторых, приводит к крайней сухости приморских районов, обусловливает существование пустыни Атакама. Течение очень богато планктоном и, следовательно, рыбой, которая служит объектом промысла. Обычно каждое лето в южном полушарии навстречу течению Гумбольдта устремляется теплое течение Эль Ниньо, доходящее до мыса Бианко у четвертого градуса южной широты. Но в некоторые годы, когда ослабевает северо-восточный пассат и на смену ему приходят северо-западные ветры, течение Эль Ниньо проникает почти на тысячу километров дальше к югу. На глазах у людей разыгрывается как бы классический случай изменения климата: холодное Перуанское течение отступает от берегов, и на смену ему приходит теплое течение Эль Ниньо, температура которого на семь-восемь градусов выше обычной для этих мест.
В результате в океанской воде резко уменьшается количество кислорода (в холодной воде его всегда больше), что приводит к гибели донных животных. Промысловая рыба либо уходит от берегов, либо гибнет, и побережье покрывается гниющими морскими выбросами. Сероводород отравляет воздух, а на воде появляется дурно пахнущая черная пленка (у моряков это явление известно под названием «краски Каллао», потому что особенно страдает порт Каллао, морские ворота столицы Перу). Вслед за рыбой покидают берега многомиллионные стаи бакланов, альбатросов и других птиц. На обнаженные склоны гор, на пустынное побережье, где обычно господствует тихая, ясная погода, обрушиваются штормы, грозовые ливни. Пустыня расцветает, появляется тропическая растительность. Реки наполняются водой.
Приспособленные к сухому климату дома и постройки разваливаются. Дороги смываются. Обнажаются и выходят из строя проложенные в земле провода и водопроводные трубы — ближайшие города остаются без света и питьевой воды. Начинают гнить, разлагаться залежи гуано — ценного удобрения. Появляется множество насекомых, и возникает реальная угроза эпидемий…
Эти эксперименты, поставленные самою природой, продолжались каждый раз около месяца, но и этого малого срока достаточно, чтобы убедиться в справедливости вывода, сформулированного физической географией; биогеносфера настолько чуткий, тонкий и слаженный механизм, что малейшее нарушение хода естественных процессов (в данном случае смена северо-восточных ветров на северо-западные) вызывает сложную цепь последствий. Особенно настораживает, что далеко не все эти последствия благоприятны для человека, и все обстоит гораздо сложнее, чем это обычно представляют себе авторы различных проектов изменения климата.
А что произойдет, если растопить ледники Антарктиды? «Климат Земли станет теплее», — сам собою напрашивается ответ. Но и в этом случае дело обстоит не так просто. Да, уничтожение ледникового щита приведет к значительному повышению температуры в южных полярных широтах — таким будет, по крайней мере, первоначальный эффект. Далее, уровень океана повысится на несколько десятков метров, океан затопит низменности с наиболее плодородными почвами, оттеснив людей в возвышенные районы. Глубокое проникновение морских заливов в массивы суши сделает климат их более ровным, теплым и влажным…
Широкое распространение получат болота, потому что повысится уровень грунтовых вод, что в свою очередь поведет к изменению процессов почвообразования, характера растительности и т. п. Ледники Антарктиды особенно быстро росли в то время, когда таяли ледники северного полушария. Не устремится ли освободившаяся влага в обратном направлении, не обрушатся ли на Северную Америку, Азию, Европу небывало сильные ливни?.. Несомненно, на земном шаре увеличится облачность, и это еще более усложняет анализ. В настоящее время средняя температура земного шара составляет около пятнадцати градусов тепла, а средняя облачность — пятьдесят процентов.
Но если процент облачности возрастет до шестидесяти, то средняя температура земного шара снизится на десять градусов… Наконец, освобожденная от груза ледников, всплывет Антарктида. А большой массив суши, находящийся в высоких полярных широтах, уже сам по себе служит источником охлаждения климата. Имеются расчеты, доказывающие, что если массив суши постепенно увеличится до пятисот — шестисот километров в поперечнике, то над ним возникнет антициклон, и средняя годовая температура суши без всяких дополнительных причин понизится до десяти градусов по сравнению с первоначальной; этого уже вполне достаточно для возникновения нового оледенения…
Так вновь одна причина вызывает множество сложных последствий.
А в высшей степени популярная проблема уничтожения льдов Арктики? Насколько она реальна? Исследования, проведенные на дрейфующих станциях в Северном Ледовитом океане, как будто показывают, что постоянные морские льды Арктики — явление остаточное, и если их искусственно убрать, то постоянные льды больше не возникнут… Но к каким последствиям приведет это? Все их перечислять, пожалуй, уже нет смысла, достаточно предыдущих примеров, но любопытно отметить, что есть такая точка зрения: уничтожение постоянных льдов Арктики приведет к… новому оледенению!
Согласно этой гипотезе, среднегодовая температура Арктики, лишенной льдов, будет близка к нулю, а испарение с открытой поверхности океана приведет к столь обильным снегопадам, что снег за короткое лето все равно не будет успевать стаивать и начнет накапливаться на островах и побережье, превращаясь в ледники… Кстати, как показали новейшие исследования, в период наибольшего распространения ледников в Америке, Европе и Азии Северный океан вовсе не был «ледовитым»: поверхность его оставалась открытой и поставляла влагу для материковых льдов…
Строго говоря, если бы сегодня перед человечеством действительно встала проблема уничтожения ледников Антарктиды или льдов Арктики, наука не смогла бы с полной ответственностью перед будущим определить, какие изменения произойдут на земном шаре, целесообразно ли уничтожать ледники полностью или только частично.
Но завтра эта проблема встанет. Уже сейчас совершенно очевиден разрыв между техническими возможностями воздействия на природу и нашими знаниями о том, как поведет себя измененная природа. Но этот разрыв недопустим, и он, несомненно, будет ликвидирован в недалеком будущем. И будущее, которое возьмет на вооружение термоядерную энергию, предъявляет к физической географии еще более ответственные требования.
«При использовании термоядерной реакции для получения электроэнергии, — пишет академик Н. Н. Семенов, — придется строить станции очень большой сосредоточенной мощности. Есть ли для нее пределы?.. Как это ни странно, такой предел существует, и определяется он перегревом поверхности Земли и атмосферы в результате выделения тепла термоядерными реакциями. Можно считать, что средняя температура на Земле повысится на 7 градусов, если тепло, выделяющееся от термоядерных котлов, составит 10 процентов от солнечной энергии, падающей на Землю. Такое повышение средней температуры, вероятно, вызовет бурное таяние снегов Арктики и Антарктиды. Поэтому вряд ли разумно увеличивать добычу термоядерной энергии больше чем в количестве около 5 процентов от солнечной».[20]
Как видим, Н. Н. Семенов допускает увеличение средней температуры Земли на три-четыре градуса, полагая, что оно не приведет ни к каким катастрофическим последствиям. Но мнение это пока не обосновано. Изменение средней температуры на три-четыре градуса в ту или иную сторону-это очень много. По некоторым расчетам (они дают представление о масштабе изменений), понижение летней температуры на один-два градуса послужило причиной четвертичного оледенения.
Поскольку очевидно, что близится эпоха термоядерной энергии и дополнительное тепло во все возрастающих количествах начнет поступать в биогеносферу, постольку бесспорно, что существует определенный физико-географический предел использования термоядерной энергии в пределах Земли. Физико-географам и предстоит установить этот предел, предстоит выяснить, насколько может быть повышена средняя температура в пределах биогеносферы и к каким это поведет последствиям.
Естественный источник энергии для всех процессов, протекающих у поверхности Земли, — солнечная радиация. Теоретически (да и практически, с помощью полупроводников) возможно прямое преобразование солнечной энергии в электрическую. Не разумнее ли в таком случае делать ставку на все более полное использование солнечной, а не термоядерной энергии, тем более что превращение первой из них в электроэнергию не вызовет перегрева земного шара (так считает Н. Н. Семенов)?
О значении гелиоэнергетики для будущего существуют разные точки зрения. Давно уже раздаются призывы строить гелиостанции в пустынных и вообще богатых ясными днями районах. Полупроводники позволят широко использовать солнечную энергию в быту.
Совсем иначе рассматривает эту проблему Н. Н. Семенов. Он пишет; «Столь же грандиозные перспективы откроются перед человеком, если мы научимся превращать солнечную энергию в электрическую с КПД, несколько превышающим тот, который имеет место в растениях… Если бы все то, что получает Земля от Солнца, превратить в электричество с КПД, скажем, 20 процентов, то мы оказались бы богаче, чем при предельном использовании термоядерной энергии. Правда, для этого пришлось бы покрыть кассетами с фоточувствительной жидкостью всю поверхность суши и воды, не говоря уже о грандиозных технических трудностях создания таких покрытий на океанах».
Представим себе, что преодолены «грандиозные технические трудности», что, скажем, примерно на половине земного шара между солнечным лучом и поверхностью суши и Мирового океана оказался «слой фоточувствительной жидкости или водной эмульсии, покрытый тонкой пластической пленкой», о чем дальше пишет Н. Н. Семенов, К чему это приведет?
Увы, к последствиям весьма и весьма нежелательным. В самом деле, это означает прекращение круговорота воды в биогеносфере, приведет к нарушению биогенного круговорота веществ, фактически прекратит процесс почвообразования, изменит характер газообмена на Земле, причем количество кислорода начнет быстро уменьшаться, нацело перестроит циркуляцию воздушных и водных масс, которые вообще станут «бессмысленными», и т. п. и т. д.
Последующие рассуждения Н. Н. Семенова основательнее и перспективнее. Допуская, что принципиально возможно создание катализаторов с высоким КПД, он полагает, что при использовании для облучения только одной десятой площади материков (без Антарктиды) можно создать шестьдесят тысяч электростанций, каждая из которых равна по мощности Красноярской ГЭС, а это уже само по себе — существенный вклад в энергетику будущего.
Надо, однако, иметь в виду, что десятая часть площади материков — это очень много, ибо не всякая «часть» пригодна для облучения: выпадают районы с высоким процентом облачности, с полярной ночью… Но при такой постановке вопроса уже не возникает категорических возражений со стороны физической географии, хотя обязательно потребуется предварительный физико-географический анализ возможных последствий.
Вообще о трудности всяких предсказаний можно судить по тому, как обстоит дело с прогнозированием погоды. Даже сложнейшие вычислительные машины не избавили синоптиков от ошибок, но традиционные остроты в их адрес неуместны: синоптикам приходится иметь дело с очень сложными процессами. Однако физико-географам придется анализировать еще более сложный комплекс процессов, как только дело дойдет до крупных преобразований. На этом уровне развития физическая география, несомненно, прибегнет к помощи кибернетики, сближение с которой уже началось.
Наконец, необходимо подчеркнуть, что любое крупное преобразование природы потребует глубокого и полного знания взаимосвязей процессов, протекающих в биогеносфере, и потому, что значительные изменения в одной части биогеносферы непременно сказываются на других ее частях. Когда уменьшается ледовитость северных морей, заметно повышается уровень озер в Экваториальной Африке, а уровень Каспия, наоборот, понижается; с интервалом в два-три года падает и уровень озера Мичиган в Северной Америке. Таяние ледников Арктики ускоряет рост коралловых островов в тропической полосе Тихого и Индийского океанов.
Эти обстоятельства ставят перед наукой еще одну, пожалуй самую трудную, проблему, которую непременно придется решать будущим преобразователям природы.
В сравнительно недавнем прошлом в Америке был выдвинут проект, предлагающий отклонить теплое течение Гольфстрим от берегов Европы и направить его к берегам Северной Америки. Как известно, климат северной половины Европы находится под самым непосредственным влиянием Гольфстрима, благодаря ему не замерзают моря, омывающие Скандинавию, растут леса в Норвегии и т. п. Атлантическое же побережье Северной Америки омывается холодным Лабрадорским течением, резко смещающим на юг границу тундры.
Если представить себе, что Гольфстрим действительно отклонен к берегам Америки, то, вероятно, климат американского побережья станет теплее, но климат Европы заметно ухудшится: леса, очевидно, сменятся тундрой, надолго начнут замерзать северные моря, пропадут важнейшие промысловые рыбы и т. д.
Стало быть, этот проект нечестный по своему существу, ибо предполагает улучшение климата Америки за счет Европы, и для подлинных ученых, придерживающихся высоких гуманистических принципов, подобный подход к изменению природных условий просто немыслим.
Значит, приступая к преобразованию природы крупных районов, физико-географы будут обязаны предсказать не только те изменения, которые произойдут в данном районе, но и те, которые могут произойти в природе других, подчас очень удаленных, районов земного шара. Если, скажем, улучшение климата Азии (это условный пример) поведет к ухудшению климата Австралии, то от такого проекта придется отказаться. А вот пример уже не условный. Если вопрос об искусственном уничтожении льдов Арктики встанет как вопрос практический, то придется прогнозировать изменения природной обстановки не только на территориях, прилегающих к Северному Ледовитому океану, но и изменения природных условий в Экваториальной Африке.
Необходимо иметь в виду, что слабое знание физико-географических процессов может привести к серьезным просчетам, совершенным, так сказать, без злого умысла. Так, недавно американцы предложили сбрасывать радиоактивные отходы в глубины океана, полагая, что там они окажутся навеки законсервированными. Но своевременно проведенные советскими океанологами работы показали, что активное вертикальное перемешивание воды охватывает всю толщу океана и, значит, радиоактивные отходы непременно распространятся по всему Мировому океану и, следовательно, заразят атмосферу. К каким неисчислимым вредным последствиям это привело бы, ясно и без всяких дополнительных примеров.
Итак, чем масштабнее становится вмешательство человека в ход природных процессов, тем очевиднее предъявляют к науке свои требования общеобязательные для всех подлинных ученых принципы гуманизма.