Как устроен мир на самом деле. Наше прошлое, настоящее и будущее глазами ученого - Вацлав Смил

На полный цикл производства зерна с 1 гектара тратилось около 150 часов ручного труда и около 70 часов работы быков. Урожайность составляла всего лишь 1 тонну с гектара, причем не меньше 10 % собранного зерна следовало отложить для посева на следующий год. В среднем для производства килограмма пшеницы требовалось 10 минут ручного труда, и из этого количества цельносмолотого зерна получалось 1,6 килограмма (две буханки) хлеба. Это тяжелый, медленный и неэффективный процесс — но для него не требуется никакой энергии, кроме солнечного излучения: выращенный урожай дает еду людям и корм животным, деревья дают древесину, топливо для приготовления пищи и обогрева, а также ее используют для получения древесного угля, необходимого для выплавки железа из руды и производства мелких металлических изделий, таких как пластины для плуга, серпы, косы, ножи и обода для деревянных колес. Выражаясь современным языком, этот тип сельского хозяйства не использует невозобновляемую энергию (ископаемое топливо) и требует минимума невозобновляемых материалов (железных деталей, камней для жерновов), а и выращивание урожая, и производство материалов основано только на возобновляемой энергии в виде мускульной силы человека и животных.

По прошествии столетия, в 1901 г., большую часть пшеницы выращивали на Великих Равнинах, и поэтому мы перемещаемся в долину Красной реки на востоке штата Северная Дакота. За два последних поколения заселение и индустриализация Великих Равнин значительно ускорились, и, хотя при выращивании пшеницы все еще используются тягловые животные, крупные фермы Дакоты уже в значительной степени механизированы. Упряжки из четырех лошадей тянут многолемешные стальные плуги и бороны, для посадки используются механические сеялки, механические устройства срезают колосья и связывают их в снопы, но копны по-прежнему складывают вручную. Снопы собирают и загружают в молотилки, приводимые в действие паровыми двигателями, а затем зерно отправляют в элеваторы. Весь процесс сбора урожая занимает около 22 часов на один гектар, примерно в семь раз меньше, чем в 1801 г.[93]. При таком экстенсивном развитии увеличивались посевные площади, но урожаи оставались низкими, на уровне 1 тонны на гектар, хотя для получения одного килограмма зерна теперь требовалось лишь около 1,5 минуты ручного труда людей (по сравнению с 10 минутами в 1801 г.), а 37 часов работы тягловых животных на гектар добавляли к этому времени еще 2 минуты.

Это была новая, гибридная разновидность сельского хозяйства, когда незаменимая солнечная энергия дополняется невозобновляемой энергией, получаемой в основном из угля. В новой системе труд людей заменялся трудом животных, а рабочим лошадям (и мулам на американском юге) требовался корм в виде зерна (в основном овса), а также травы и сена. Увеличение их поголовья существенно влияло на производство зерна в стране: приблизительно четверть сельскохозяйственных земель в Америке были заняты под фуражные культуры для тягловых животных[94].

Высокопродуктивное сельское хозяйство стало возможным благодаря растущему использованию энергии ископаемого топлива. Уголь перерабатывали в металлургический кокс, с помощью которого выплавляли чугун, который, в свою очередь, превращался в сталь в мартеновских печах (см. главу 3). Сталь была необходима для сельскохозяйственной техники, а также для производства паровых двигателей, рельсов, вагонов, локомотивов и судов. На угле также работали паровые двигатели, и он являлся источником тепла и электричества, требующихся для производства плугов, буров, уборочных приспособлений (а также первых комбайнов), вагонов и силосных башен, для работы железнодорожного и морского транспорта, доставлявшего зерно конечному потребителю. Появились первые неорганические удобрения — нитраты, импортируемые из Чили, и фосфаты из Флориды.

В 2021 г. лидером по производству пшеницы стал штат Канзас, и поэтому мы перемещаемся в долину реки Арканзас. В этом сердце пшеничного края Америки фермы теперь в 3 или 4 раза крупнее, чем были 100 лет назад[95], и при этом большую часть полевых работ выполняют один или два человека, управляющие сельскохозяйственными механизмами. Министерство сельского хозяйства США прекратило подсчет поголовья тягловых животных в 1961 г., и в настоящее время полевые работы выполняют мощные тракторы — многие модели имеют мощность более 400 лошадиных сил и снабжены восемью гигантскими колесами — трактора тянут за собой разнообразные агрегаты, от стальных плугов (с большим числом лемехов) до сеялок и подкормщиков[96].

Семена поставляют специализированные фирмы, а ростки получают оптимальное количество неорганических удобрений — в первую очередь много азота в виде аммиака или мочевины, — а также целенаправленно защищаются от насекомых, грибка и сорняков. Жатва с одновременным обмолотом выполняется большими комбайнами, которые насыпают зерно непосредственно в грузовики для перевозки на элеваторы и продажи по всей стране или транспортировки в Азию или Африку. Теперь производство пшеницы требует всего 2 человеко-часа на гектар (по сравнению со 150 в 1801 г.), а урожайность составляет от 3 до 5 тонн с гектара — при пересчете на трудозатраты это менее двух секунд на килограмм зерна[97].

Сегодня многие с восхищением говорят о совершенствовании современных компьютеров («огромная скорость обработки данных») или телекоммуникации («гораздо быстрее») — а как насчет урожайности? За двести лет трудозатраты на производство одного килограмма американской пшеницы уменьшились с 10 минут до менее 2 секунд. Именно так на самом деле функционирует наш мир. Как уже упоминалось выше, аналогичные расчеты снижения трудоемкости, повышения урожайности и роста эффективности можно выполнить для китайского или индийского риса. Временные рамки будут другими, но результаты похожими.

Большинство достойных восхищения и действительно замечательных достижений, полностью изменивших промышленность, транспорт, связь и повседневную жизнь, были бы невозможны, если бы 80 % людей по-прежнему жили в сельской местности, обеспечивая себя куском хлеба (в 1800 г. доля сельского населения в Америке составляла 83 %) или чашкой риса (в Японии в 1800 г. в деревнях жили почти 90 % населения). Путь к современному миру начался с недорогих стальных плугов и неорганических удобрений, и нам стоит немного углубиться в этот вопрос, чтобы объяснить их незаменимый вклад в развитие общества, который наша сытая цивилизация принимает как данность.

Во что это обходится

У доиндустриального сельского хозяйства, основанного на мускульной силе человека и животных и использовавшего простые деревянные и железные орудия, был единственный источник энергии — солнце. Сегодня, как и всегда, сельское хозяйство основано на фотосинтезе под действием солнечных лучей, но высокие урожаи, получаемые с минимальными затратами труда и, следовательно, с беспрецедентно низкими затратами, были бы невозможны без прямого и косвенного поступления энергии от ископаемых источников. Часть этой антропогенной энергии имеет форму электричества, которое может генерироваться из угля, природного газа или возобновляемых источников, но большая ее часть — это жидкие и газообразные углеводороды в виде автомобильного топлива и сырья.

Механизмы потребляют энергию ископаемого топлива