Ричард Роудс - Энергия. История человечества

• Название: Энергия. История человечества
• Автор: Ричард Роудс
• Жанр: Прочая научная литература
• ISBN: 978-5-389-19281-2

В своей выдающейся книге лауреат Пулитцеровской премии Ричард Роудс рассказывает о событиях и достижениях, которые легли в основу всех революционных переходов в энергетике и транспорте: от животной силы и гидроэнергии – к паровой машине, от двигателя внутреннего сгорания – к электромотору. Исследуя направления развития технической мысли и уроки, которые извлекло человечество в процессе покорения сил природы, Роудс дает ответ на вопрос, как нам удалось произвести преобразования и обратить заложенные в них возможности себе во благо. Логическим итогом блестящего обзора ключевых событий истории энергетики за четыре столетия становится панорама нынешнего энергетического ландшафта, в том числе производство энергии из возобновляемых источников и вопросы ядерной энергетики. В изложении прослеживается тесная взаимосвязь с такими темами, как риск глобального потепления и стремительный рост численности населения Земли, которая к 2100 году должна достигнуть десяти миллиардов человек. Книга предназначена для всех, кого заботит влияние человека на окружающую среду и будущее мира. «Нынешние дебаты [об изменениях климата] почти не затрагивают богатейшего человеческого аспекта истории – истока современных энергетических проблем. Одна из целей, которые я ставил перед собой, когда писал “Энергию”, состоит в заполнении этого пробела – людьми, событиями, датами, местами, методами, примерами, аналогиями, поражениями и победами – для оживления дискуссии и прояснения возможных решений». (Ричард Роудс) В формате PDF A4 сохранен издательский макет.

---

Пружинящая штанга. S.T. Pees and Associates.

Один из отчетов XVII в. о бурении в Йоркшире послойно описывает обнаруженные породы: «…в земле 1 ярд, в желтой глине 1 ярд, в черном сланце 1 четверть [то есть девять дюймов, или четверть ярда], в сером песчанике два ярда и две четверти, в черном песчанике 2 четверти, в сером камне 2 ярда, в крепком камне [то есть твердой темной породе, например в базальте] 1 четв[ерть], в сером песчанике 2 четв[ерти], в крепком камне фут, в сером песчанике фут, в железняке 6 дюймов», – и так далее, все ниже и ниже, сквозь последовательные слои, пока скважина не доходила наконец до угольного пласта толщиной в треть метра. «Всего, – так завершается отчет, – 21 фатом[55]», то есть 38 с лишним метров земли и камня с огромным трудом пробили долотом[56].

После открытия шахты ее непременно требовалось держать в сухости. Один викторианский специалист называет воду – и дождевую, которая просачивалась в ствол шахты, и подземную, поступавшую из глубинных потоков, – «первым злейшим врагом шахтера»[57]. Если поверхность земли у шахты опускалась ниже ее рабочего уровня, воду могли отвести в естественные стоки через узкую штольню, adit (от лат. Aditus – вход). По этим же штольням в шахту поступал свежий воздух. В шахтах с газовыми карманами такую естественную вентиляцию регулировали при помощи системы деревянных дверей. Поскольку площадь поперечного сечения таких штолен обычно составляла примерно 45×45 см, не больше, эти двери обслуживали дети, сидевшие до 12 часов в сутки в полной темноте: так тратилось меньше свечей или лампового масла в расчете на день. Пока парламент не принял реформаторский Закон о шахтах 1842 г., запрещавший работать в рудниках женщинам и детям младше десяти лет, под землей трудились целые семьи: мужчины кирками отрубали уголь от поверхности пласта; женщины оттаскивали его в плетеных корзинах, нося их на спине или же в железных или деревянных кадках, к которым пристегивали себя за пояс цепью; дети помогали перетаскивать уголь или занимались дверьми. Семьи должны были приносить свой инструмент; платили только за добытый уголь. Позднее, и на более крупных шахтах, уголь стали возить в вагонетках: в них запрягали пони, которые постоянно жили в подземных стойлах.

Не далее как в 1841 г. неграмотная семнадцатилетняя девушка Пейшенс Кершоу рассказывала на заседании парламентской комиссии об условиях, в которых она работала «таскальщицей», перемещая вагонетки с углем из забоя к стволу шахты:

Я захожу в шахту в пять часов утра, а выхожу в пять вечера; перед этим я завтракаю кашей с молоком; на обед беру с собой пирог и ем его на ходу; а так я ни минуты не отдыхаю, работаю все время, больше я ничего не ем, пока не вернусь домой, а тогда ем картофель с мясом, но мясо не каждый день. Я таскаю в той одежде, которая сейчас на мне, вот, в штанах и тряпичной куртке; проплешина у меня на голове появилась, когда я толкала вагонетки; ноги у меня никогда не опухали, а у [моих] сестер бывало, когда они работали на фабрике; я таскаю вагонетки под землей больше мили, туда и обратно; они весят по три хандредвейта[58]; за день я таскаю по одиннадцать штук; на работе я ношу пояс с цепями, чтобы вытаскивать вагонетки; забойщики иногда бьют меня руками, когда я недостаточно быстро работаю; они бьют меня по спине; мальчишки ко мне пристают; иногда они распускают руки; я единственная девушка на шахте; всего там десятка два мальчишек и полтора десятка мужчин; и все мужчины голые [иначе не выдержать жары и сырости]; я бы лучше работала на фабрике, чем в угольной шахте[59].

Газы в угольной шахте таили смертельную опасность. Шахтеры называли их damps от средневерхненемецкого слова dampf – пар, испарения. Немецкие шахтеры привезли в Англию свое мастерство и свою терминологию еще в Средние века. Рудничные газы образовывались под землей в ходе естественных химических и биохимических процессов. Шахтеры различали пять видов таких газов: «удушливые испарения» (смесь азота с углекислым газом), взрывчатый «гремучий газ» (метан), взрывчатые и удушливые «вонючие испарения», пахнущие тухлыми яйцами (сероводород), удушливые «белые испарения» (угарный газ) и удушливые «вторичные испарения» (смесь газов – угарного газа, углекислого газа, азота и других продуктов взрывов рудничного газа или угольной пыли)[60]. По мере удлинения и углубления шахт естественной циркуляции воздуха уже не хватало для их очистки. Порой проблема решалась так: на дне центрального ствола шахты – в так называемом устье, а если буквально, «оке» – разжигали и поддерживали огонь, который вытягивал воздух из штреков и выводил его вверх по стволу, как по дымоходу. Но взрывы случались часто и иногда ужасали.

«Случаи, когда людей выбрасывало из шахт, – пишет Роберт Галлоуэй, горный инженер Викторианской эпохи, – в ранние времена часто и даже почти регулярно сопутствовали взрывам любой силы на угольных шахтах»[61]. Один из самых впечатляющих таких случаев произошел в 1675 г. на шахте Мостин в Уэльсе, находившейся на реке Ди к юго-востоку от Ливерпуля. В 1640 г., когда эта шахта только открылась, шахтеры разработали систему удаления рудничного газа в начале каждого рабочего дня: одного отправляли в шахту впереди прочих, и он нес длинный шест с пучком зажженных свечей на конце, чтобы выжечь скопившийся за ночь газ. Такого человека называли «пожарником». Для защиты от огня он надевал поверх одежды пропитанный водой холщовый балахон. «Когда пламя, возгоревшись, мчалось под сводами шахты, – пишет Галлоуэй, – “пожарник” кидался на землю, лежал распростершись и ждал, пока огонь пройдет над ним»[62]. Днем шахту вентилировали, не давая метану скапливаться, а на следующее утро «пожарник» снова принимался за свою опасную подрывную работу.

К 1675 г. шахта Мостин разрабатывалась уже более трех десятилетий. Затем ее владельцы решили проложить новый шурф к параллельному угольному пласту, залегавшему ниже. Этот пятнадцатиметровый «слепой ствол», или гезенк, заполнился рудничным газом. При его поджоге, сообщает Галлоуэй, произошел взрыв «столь сильный, что это вызывало чувство немалой обеспокоенности»[63]. Но худшее ждало впереди.

Работы остановили на трое суток, после чего управляющий спустился к устью шахты, пытаясь придумать, как прогнать сквозь шахту достаточно воздуха и тем самым очистить ее от газа. Он взял с собой двух шахтеров. За ними пошли те, кто выкопал новый шурф. «Один из них, – говорится в отчете того времени, – бывший беспечнее других, прошел со своей свечой прямо над устьем шурфа, заполненного газами, отчего те немедленно воспламенились и хлынули по всем пустотам шахты, создав сильнейший ветер, непрерывно горевшее пламя и вместе с этим чудовищный рев». Шахтеры пытались укрыться в шламе, которым был засыпан пол, или за деревянными опорами, поддерживавшими своды. Рокочущая огненная волна прокатилась по шахте до самого конца, отразилась и с ревом ринулась обратно: «Она приблизилась, накатила с невероятной силой; ветер и пламя содрали почти всю одежду с их спин, опалили то, что осталось, обожгли волосы, лица, руки; удар от взрыва был столь силен, что иссек кожу так, будто их били розгами». Шахтеров, не сумевших укрыться, разметало по туннелю шахты, ударяя о свод, швыряя на опоры, лишая чувств[64].

Один из шахтеров, застигнутый взрывом, стоял рядом с устьем верхней шахты. Волна подхватила его, с ревом помчалась вверх по стволу, вырвалась из устья с грохотом артиллерийской канонады, и шахтер взлетел выше самых высоких деревьев – вернее, уже не шахтер, а его тело. Можно сказать, шахта выстрелила несчастным, словно пушечным ядром.

Но сложнее всего в ту раннюю эпоху добычи угля оказалось другое: отводить из шахт воду. Дождевые потоки стекают в ручейки, те впадают в ручьи побольше, ручьи питают реки, и вся эта вода, направляемая силой тяжести, непрестанно стремится все ниже и ниже – к морям. Около трети воды, выпавшей при любом дожде, впитывается в почву и просачивается вглубь земли. Рано или поздно эта вода встречает непроницаемые слои скальной породы. Она растекается по ним и течет вдоль скального пласта, находя трещины или проницаемые породы, и через них проникает дальше, до очередного водонепроницаемого пласта. Она просачивается, процеживается, растекается все шире, насыщает проницаемую породу и образует подземное водохранилище – водоносный слой. Чтобы построить колодец, нужно выкопать скважину достаточно глубокую, способную пройти под поверхность такого водоносного слоя: колодец наполнится до уровня этой поверхности – горизонта грунтовых вод – и будет наполняться заново при каждом заборе воды.

Шахты, расположенные на возвышенностях, могли осушать при помощи штолен. Но поверхностные угольные пласты истощались, отчего владельцы шахт вскрывали другие – более глубокие, уходящие под водоносные горизонты. И если такую шахту затапливало, требовалось либо откачивать воду, либо просто все бросать. Их и бросали, довольно часто, а потому технологии, которые позволили бы осушать такие шахты и поддерживать отвод воды для выработки угля, становились все желаннее. Галлоуэй называл отвод воды из шахт «величайшей инженерной задачей эпохи»[65].