Лев Гиндилис – SETI: Поиск Внеземного Разума (страница 102)

Развитие нашей технической цивилизации сопряжено с расходованием энергии и различных земных ресурсов: древесины, угля, нефти, газа, железа, алюминия и т. д. Как бы ни была богата Земля, ясно, что ресурсы ее все-таки ограничены и со временем они должны истощиться. Весь вопрос в том, когда это произойдет. Если это будет через миллионы лет, то мы можем не беспокоиться и не думать сейчас об этом. Бесполезно (и даже самонадеянно!) пытаться решать проблемы столь далекого будущего. Кто знает, какого развития достигнет цивилизация к тому времени, какими возможностями она будет обладать! Может быть, она освоит полностью безотходную технологию и будет воспроизводить все необходимые ей ресурсы. А может быть... бесполезно гадать, что может быть через миллионы лет.

Другое дело, если до истощения ресурсов остается немного времени. Еще не так давно, в середине XX века, многие люди (не все, но многие), занимавшиеся прогнозами, были настроены довольно оптимистически. Это вызывалось тем, что, несмотря на интенсивную разработку полезных ископаемых и истощение некоторых старых месторождений, постоянно открывались новые, более богатые месторождения, появлялись новые более выгодные источники энергии и, казалось, этому не будет конца. Может быть, не всегда осознанно авторы оптимистических прогнозов, по существу, основывались на «линейной экстраполяции» процессов. Но проблема в том, что развитие идет не линейно, а по экспоненте, следовательно, ресурсы истощаются гораздо быстрее. Чтобы показать, как «работает» экспонента, проведем несложный расчет. Общее количество вещества, которое перерабатывается современным производством, составляет 10¹⁷ т. По сравнению с массой Земли (6 • 10²⁷ г) это совершенно ничтожная величина. Но она удваивается каждые 17 лет. Если процесс будет происходить в том же темпе, то менее чем за 1000 лет будет переработана вся масса Земли (!). Для цивилизации, сфера деятельности которой ограничена ее планетой (о выходе в космос поговорим позднее), такая ситуация совершенно невозможна. Поэтому темпы роста со временем должны уменьшиться. Однако если экспоненциальный характер развития сохранится, то и при меньших темпах масса Земли будет исчерпана очень скоро (при ежегодном темпе роста 1% это произойдет через 4000 лет). Отсюда ясно, что экспоненциальное развитие не может продолжаться неопределенно долго. Эго — сугубо неравновесный процесс, и он может представлять лишь временную стадию в развитии цивилизаций. Для земной цивилизации эта стадия должна прекратиться очень скоро. Чтобы яснее осознать суть проблемы, остановимся на двух важнейших показателях развития нашей цивилизации: рост народонаселения и рост энергопотребления. Начнем с энергетики.

5.2.2. Развитие энергетики на Земле.

Современное производство энергии[283] по всему земному шару (точнее, вырабатываемая мощность) составляет около 10¹⁰ кВт. За последние 200 лет производство энергии росло экспоненциально с годовым приростом 3%. Если такой рост будет продолжаться в будущем, то примерно через 300 лет производство энергии достигнет величины Е₀= 10¹⁴ кВт, т. е. сравняется с потоком энергии, поступающей на Землю от Солнца. Так как вся произведенная энергия, в конечном итоге, превращается в тепло, то это приведет к нарушению теплового баланса планеты и, как следствие, к ее перегреву со всеми вытекающими отсюда последствиями (таяние льдов, повышение уровня Мирового океана и т. д.). Для того чтобы этого не произошло, производство энергии должно быть ограничено, оно не может превышать предельного значения, составляющего определенную долю от величины Е₀ . Обычно считается, что предельное значение составляет 1% от полной энергии, поступающей на Землю от Солнца. Более осторожная оценка составляет 0,1%. Соответствующие предельные значения производимой энергии: Е₁ = 10¹¹ кВт и Е₂ = 10¹² кВт. Назовем их первым и вторым тепловым пределом. Первый предел при темпах роста 3% в год будет достигнут через 77 лет, а второй — через 153 года. После достижения предела производство энергии должно быть стабилизировано на этом уровне.

Хватит ли энергетических ресурсов для достижения этих пределов? В настоящее время основным источником вырабатываемой энергии является химическое топливо: уголь, нефть, газ. По данным экспертов «Римского клуба»[284] запасы нефти и газа (с учетом пока еще не разведанных месторождений) истощатся к 2020 г., а запасов угля хватит на весь XXI век. Согласно В. С. Троицкому[285], с учетом вероятных запасов топлива, энергопроизводство может расти с современным темпом вплоть до первого теплового предела; если затем оно будет стабилизировано на этом уровне, то запасов топлива всех видов (включая уран для атомных электростанций) хватит еще на 130 лет. Это время можно значительно продлить, если к моменту истощения ресурсов будет освоена термоядерная энергия. При постоянном производстве энергии на уровне теплового предела запасов водорода в Мировом океане (термоядерного горючего) хватит на сотни миллионов лет.

Другим практически неисчерпаемым источником является солнечная энергия. Очевидно, что использование этой энергии не приводит к нарушению теплового баланса, так как часть радиации, изымаемой энергетическими установками из солнечного потока, после переработки вновь превращается в тепло. При этом предполагается, что энергетические установки располагаются только на поверхности Земли. (Если расположить их в межпланетном пространстве, а затем транспортировать энергию на Землю по каналам СВЧ или другим способом, то это создаст дополнительный поток энергии на Землю и вновь приведет к эффекту перегрева.) Размещение солнечных энергетических установок на Земле, хотя и не нарушает баланса, тем не менее, тоже приводит к ограничениям в производстве энергии. Если покрыть такими установками 1% площади Земли, то при преобразовании солнечной энергии в электрическую с КПД 10% общее количество вырабатываемой энергии составит 10^-3 Е₀ , т. е. будет на уровне первого теплового предела Е₁ = 10¹¹ кВт. При покрытии 10% площади Земли производство энергии будет на уровне второго теплового предела Е₂ = 12¹² кВ т. Дальнейшее наращивание энергетических установок исключает из нормального использования слишком большой процент площади Земли. Кроме того, это может привести к перераспределению энергии на планете и вызовет нежелательные изменения климата. Таким образом, при использовании солнечной энергии мы, фактически, сталкиваемся с теми же пределами.

Подчеркнем еще раз, что ограничение производства энергии не связано с недостачей энергетических ресурсов, а вытекает из необходимости сохранить глобальное равновесие природных процессов на Земле. В этом коренное отличие проблемы перегрева от проблемы истощения недр Земли. Хотя обе они приводят к необходимости ограничить безудержный рост производства на земном шаре. Рассмотрим теперь рост народонаселения на Земле.

5.2.3. Рост народонаселения.

Довольно очевидно, что абсолютный прирост населения должен быть пропорционален численности населения. Если взять какой-то однородный в демографическом отношении регион, то из двух пунктов этого региона прирост будет выше там, где больше численность населения. Точно так же, чем больше численность населения в некоторый момент времени t, тем больше и прирост населения в этот момент. Статистика показывает, что абсолютный прирост dN за небольшое время dt равен

dN = α N dt. (5.6)

Внешне это выражение напоминает экспоненциальный закон (5.2), но надо иметь в виду, что экспонента получается из него только при условии α = const. Относительный прирост населения а зависит от целого ряда факторов: биологических, географических, исторических, социально-экономических. Поскольку эти факторы, во всяком случае некоторые из них, меняются с течением времени, относительный прирост населения, вообще говоря, есть функция времени: α = α(t). Поэтому и закон роста народонаселения может отличаться от экспоненциального.

Как реально растет народонаселение на Земле, что говорят статистические данные? Согласно оценкам специалистов[286], в очень давние времена — от 1 000 000 до 6000 лет до нашей эры — численность населения практически не менялась со временем, составляя 2 ÷ 5 млн человек. Начиная примерно с 6000 г. до н. э. отмечается рост народонаселения. В период с 6000 по 3000 г. до н. э. численность населения составляла 5 ÷ 20 млн чел., с 3000 по 2000 г. до н. э. — 20 ÷ 40 млн чел., с 1000 г. до н. э. по 250 г. н.э. — 100 ÷ 200 млн чел. и с 250 по 1500 г. н.э. — 300 ÷ 400 млн человек. Конечно, эти оценки весьма приблизительные. Согласно справочнику Урланиса[287], население мира составляло:

Более поздние данные можно найти в Статистических ежегодниках ООН[288].

Рис. 5.2.1. Численность населения на земном шаре, согласно оценкам (см прим. 286, 287). По горизонтальной оси отложено время в годах, но вертикальной численность населения в логарифмическом масштабе (log N)

На рис. 5.2.1 показано, как менялась численность населения Земли за период от 6000 г. до н. э. по настоящее время. По горизонтальной оси отложено время t, по вертикальной — численность населения в логарифмическом масштабе (log N). Если бы население росло экспоненциально, то на этом графике мы должны были бы получить прямую линию. В действительности линия, выражающая рост народонаселения со временем, начиная приблизительно со средины второго тысячелетия, заметно отклоняется от прямой, причем она уходит вверх все круче и круче.