Глава III Сбережение энергии

Мы ознакомились теперь с теми данными, при по­мощи которых надеемся получить основания для оп­ределения значения труда в мировом распределении энергии. Возьмем Землю опять в тот момент, когда она охладилась уже настолько, что поверхность ее была покрыта корой, не допускавшей теплоту расплавлен­ной внутренности обнаруживать значительное дей­ствие на поверхности. Когда охлаждение Земли дос­тигло уже такой степени, что диссоциированная вода превратилась в пар, а затем пар большей частью осел под видом воды, которая, увлекая за собой осевшие прежде воды соли, образовала моря в углублениях земной коры, в то время большинство химических процессов уже совершилось на земной поверхности. Химическое сродство было насыщено приблизитель­но в такой же мере, как и в настоящее время, если не принимать во внимание растительной жизни. Благо­даря ее влиянию теперь насыщение химического сродства, вероятно, даже не заходит так далеко, как тогда, так как, по высказанному уже предположению, весь уголь, находимый теперь в недрах земли, тогда был в соединении с кислородом воздуха. Мы знаем, что теперь растения черпают свой углерод из углекис­лоты воздуха, и не имеем основания предполагать, чтобы в каменноугольном периоде они поступали ина­че. Итак, мы вправе думать, что энергия ненасыщен­ного сродства в начале органической жизни была

53

очень мала на земной поверхности, а превратимая энергия, еще сохраненная внутри, с постоянным воз­растанием толщины земной коры все более и более утрачивала свое действие. Земля в то время получа­ла, может быть, немного более солнечной энергии, чем в настоящее время, но зато и рассеивала свою энер­гию гораздо быстрее, чем теперь. Главная причина этого очень простая: Земля была тогда гораздо теп­лее и потому отдавала более тепла и притом тепла очень высокой температуры, легко превратимого в механическую работу, самым бесполезным образом, в пространство. Большое количество лучистой энер­гии, получаемое от Солнца, весьма мало увеличива­ло превратимую энергию Земли, и легко понять, по­чему: химические лучи Солнца, не находя на ее по­верхности таких тел, на которые бы они могли дей­ствовать, как действуют теперь, при помощи расте­ний, т. е. разлагая насыщенные соединения и обра­щаясь лишь частью в превратимую энергию, в то вре­мя отражались и уходили в пространство. То же дела­лось и со световыми лучами. Тепловые лучи погло­щались настолько, насколько поверхность Земли от­давала их опять в пространство, и увеличения превра­тимой энергии на земной поверхности от них не про­исходило. За исключением движения нагретого воз­духа и воды, поднятой испарением, солнечная луче­вая энергия не обращалась на Земле в превратимую энергию, так же точно, как мы это теперь видим на бесплодных, лишенных всякой растительности песках Сахары или на льдах, окружающих полюсы. Если не принимать во внимание теплоты внутренности Земли, то количество превратимой энергии, почерпнутой от Солнца, было в ту. эпоху гораздо менее, чем теперь. Действительно, причислив к поверхности Земли слои, заключающие каменный уголь, на что имеем право, ввиду образования этих слоев на поверхности, мы

54

теперь имеем громадный запас легкопревратимой энергии. Запас этот состоит в ненасыщенном срод­стве громадной массы углерода, с одной стороны, и в ненасыщенном сродстве кислорода всей атмосферы — с другой. В то время, когда еще не было жизни на земной поверхности, когда, по всей вероятности, уг­лерод теперешнего каменного угля с кислородом ны­нешней атмосферы отставляли вместе насыщенное, т. е. лишенное превратимой энергии, соединение, уг­лекислоту, тогда, несомненно, общий бюджет превра­тимой энергии на земной поверхности был меньше, чем теперь. Мы взяли каменный уголь только как при­мер. Этому явлению в истории земного шара можно подыскать еще и другие аналоги, например торфяные залежи, асфальтовые копи, нефтяные источники и разные горные породы органического происхождения.

Разберем общий ход явлений с тех пор и до настоя­щего времени. Внутренняя энергия Земли, чем ближе к нам, тем меньшую роль играет в составлении энер-гийного бюджета земной поверхности. Солнечная энер­гия получается, хотя постепенно, но в количестве все уменьшающемся. Очевидно, для того, чтобы при умень­шающихся источниках энергии на земной поверхнос­ти и в ближайших слоях под ней могло произойти на­копление превратимой энергии, необходимо, чтобы про­исходил на земной поверхности процесс сбережения энергии, процесс, обратный рассеянию, или даже про­цесс превращения устойчивой энергии (теплоты) в выс­шую форму, более превратимую в механическое дви­жение, потенциальное или кинетическое.

Можно сказать, не боясь сделать ошибки, что мы получаем на Земле энергию Солнца не в очень пре-вратимом, но и не в чересчур уж устойчивом виде. Высокая температура, свет, химические лучи - все это такие роды энергии, которые, правда, с большой потерей на рассеяние, но все-таки частью переводят-

55

ся на земной поверхности в более превратимые, выс­шие роды энергии, каковыми являются — механичес­кая работа машин, сокращения мышц и, вероятно, психическая деятельность. В настоящее время зем­ная поверхность, правда, с большей потерей, может быть, даже увеличивая немного ежегодные траты Солнца, возводит часть уже спустившейся по ступе­ням превращений солнечной энергии опять в наивыс­шие формы, самые превратимые, какие только спо­собна принимать энергия.

Необходимо совершенно ясно представить себе всю трудность перехода низших форм энергии в высшие, чтобы понять, как при таком громадном получении Зем­лей лучевой энергии от Солнца в действительности на ней господствует такая нужда в высших родах энер­гии. Но зато, действительно, и способы, которыми сол­нечная энергия может быть превращаема в механичес­кое движение, крайне немногочисленны. Вот главней­шие из них: сообщение движения воздуху посред­ ством изменения его упругости, поднятие воды пу­ тем испарения, химическая диссоциация при по­ мощи растений, мышечная работа животных и че­ ловека, изобретение и устройство искусственных двигателей, машин при помощи психической и мышечной работы человека и высших животных. Лучевая энергия Солнца, встречая уже отверделую, но еще не покрытую растительной жизнью поверхность Земли, отражалась от нее почти как от непроницаемой брони. Конечно, небольшая часть лучей поглощалась, но это поглощение вело за собой только временное возвышение температуры, которая падала через луче­испускание в пространство, как только прекращалось действие Солнца. Конечно, нагревание поверхности Земли выражалось и небольшой механической рабо­той; вследствие расширения и сжатия образовались трещины и т. п., но понятно, что эти ничтожные прояв-

56

ления механического движения не могут быть названы значительными превращениями теплоты в работу.

Химические лучи Солнца чересчур слабы, чтобы разложить насыщенные кремниевые, известковые, гли­нистые соединения, составляющие поверхность Зем­ли. Они или частью превращались в теплоту, или не­посредственно отражались в пространство. Та же участь постигала и лучи света.

Вода и воздух представляют более благодарное поле для превращения низшей энергии в высшую, чем зем­ля, но и они почти совершенно лишены способности сберегать превращенную энергию. Механическое дей­ствие урагана может быть громадно. Если он сопровож­дается грозой, благодаря переходу части солнечной энергии в электричество, то механическое действие его еще усиливается ударами падающих искр молнии, но и это действие сейчас же само собой истощается и сейчас же рассеивает всю свою энергию, заставляя ее падать на еще низшую ступень, чем та, на которой она была получена от Солнца. Ветер дает громадный процент полезной механической работы, ударяясь о какое-либо сопротивление, например парус корабля или крыло мельницы, но зато запас высшей энергии, заключенной в стремящемся воздухе, большей час­тью тут же и истощается. Запасов превратимой энер­гии в воздухе не собирается, потому что в природе не существует резервуаров, которые могли бы сами со­бой наполняться сгущенным воздухом, энергия кото­рого потреблялась бы по мере надобности.

Вода уже более способна к сбережению преврати-мой энергии, чем воздух. Правда, и вода составляет при своем падении такой выгодный процент работы лишь потому, что, упавши, она лишается для данной высоты разом всей накопленной в ней энергии, но зато вода под влиянием лучистой энергии Солнца ис­паряется и накопляется в резервуарах на возвышен-

57

ных местах, где она вследствие своей подвижности, повинуясь тяготению, может быть рассматриваема со­держащей большой запас потенциальной механичес­кой работы. Следует признать, однако, что сравнитель­но с количеством воды, существующей непроизводи­тельно на поверхности Земли, и сравнительно с гро­мадным количеством тепла, получаемого от Солнца, — несколько альпийских озер и быстрых рек представ­ляют ничтожное накопление энергии. Этому не следу­ет и удивляться, приняв во внимание, что сбережение в испарившейся воде происходит лишь случайно, вследствие неровностей Земли, между тем как наи­большая часть воды падает непосредственно на по­верхность Земли в виде дождя, снега, росы, инея, в таких местах, где она почти всю механическую рабо­ту совершает тотчас же при падении, не имея возмож­ности сберегать значительную часть ее на будущее время. Тем не менее мы остановились на механичес­кой работе, заключающейся в движущемся воздухе и в воде, потому что они дают больший процент полу­ченной работы, чем машины и даже животные, что легко станет понятным, если принять во внимание, что их движение перед работой есть уже энергия высше­го порядка, чем та, которая находится в топливе или пище перед их потреблением²⁶.

*Тэт, 1.с.,стр. 138.

58