Глава III. Сбережение энергии

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 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 поглоща-

лись 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 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 составляли 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 энергийного бюджета земной поверхности. Сол­нечная энергия получается, хотя постепенно, но в количествевсеуменьшающемся. 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 превратимом, 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 переводятся 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 не-

многочисленны. Вот главнейшие из них: сообщение движения воз­духу посредством изменения его упругости, поднятие воды путем ис­парения, химическая диссоциация при помощи растений, мышечная работа животных и человека, 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 проявления 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 превратимой 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 возвышенных 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, вслед

ствие 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 бó льший процент полученной ра­боты, чем машины и даже животные, что легко станет понятным если принять во внимание, чтоих движение перед работой есть уже энер­гия высшего порядка, чем та, которая находится в топливе или пище перед их потреблением¹.

¹ Тэт, l. с., стр. 138.