Текст книги "Энергия и цивилизация"

И наконец, энергоемкость измеряет стоимость продуктов, услуг и даже общий объем производства в стандартных единицах энергии и стоимость самой энергии тоже. Среди наиболее широко используемых материалов алюминий и пластик имеют высокую энергоемкость, в то время как стекло и бумага сравнительно дешевы, а древесина (исключая затраты на фотосинтез) является наименее энергоемким из всех материалов (примечание 1.8). Техническое развитие в последние два века привело к тому, что энергоемкость во многих случаях значительно уменьшилась. Возможно, самый известный пример: плавка чугуна на коксе в больших домнах в наше время требует меньше чем 10 % энергии на единицу массы горячего металла, чем в случае доиндустриального производства чугуна на древесном угле (Smil 2016).

Примечание 1.7. Сравнение энергоотдачи в производстве продуктов питания

С начала 70-х годов XX века энергетические показатели начали использовать, чтобы показать превосходство традиционного сельского хозяйства и низкую энергоотдачу современного сельского хозяйства. Такие исследования на самом деле вводили нас в заблуждение, потому что между двумя способами ведения хозяйства имеется фундаментальное отличие. Показатели для традиционного сельского хозяйства – просто коэффициент между энергией пищи, полученной в результате сбора урожая, и энергией пищи, которая требуется для выращивания этого урожая с помощью труда человека и животных. Наоборот, в современном сельском хозяйстве показатели будут учитывать очень значительный расход невозобновляемого ископаемого топлива, которое требуется для работы сельскохозяйственных машин, для изготовления этих машин и химикалий; трудовые затраты в этом случае пренебрежимо малы.

Если коэффициенты рассчитывать только с учетом произведенной для поедания энергии и затраченного на ее производство труда, тогда современное сельское хозяйство с крохотной потребностью в человеческих усилиях, лишенное тягловых животных, будет намного превосходить любое традиционное.

Если же затраты на производство современных злаков будут включать все использованное топливо и электричество, то энергоотдача окажется значительно ниже, чем в традиционном сельском хозяйстве. Такие расчеты возможны по той причине, что в физическом смысле все виды энергии эквивалентны. Продукты питания и топливо могут быть выражены в одних и тех же единицах, но остается очевидная проблема сравнения «красного с соленым». Не существует удовлетворительного способа сравнивать, просто и прямо, энергоотдачу от двух систем сельского хозяйства, которые функционируют, опираясь на принципиально разные источники энергии.

Примечание 1.8. Энергоемкость широко распространенных материалов

Источник: данные из Smil (2014b).

Энергетические затраты на производство энергии (часто именуемые EROI, отдача энергии на затраты, хотя EROEI, отдача энергии на затраты энергии, было бы более корректным) являются показательными только в том случае, если мы сравниваем величины, которые рассчитаны по идентичным методам с использованием стандартных предположений и четко обозначаемых аналитических ограничений. Современные высокоэнергетичные общества предпочитают разрабатывать ресурсы ископаемого топлива с наиболее высокой полезной энергоотдачей, и именно по этой причине мы большей частью предпочитаем нефть, и богатые нефтяные месторождения Ближнего Востока в особенности. Плотность энергии у нефти очень высокая, ее легко транспортировать, она обладает и другими очевидными преимуществами (примечание 1.9).

Примечание 1.9. Отдача энергии на затраты

Различия в качестве и доступности разных видов ископаемого топлива колоссальны: тонкий подземный слой низкокачественного угля против толстого слоя качественного битуминозного угля, который можно добывать открытым способом; или супергигантские месторождения углеводородов Ближнего Востока против низкопродуктивных скважин, где требуется постоянная работа насосов. В результате значение EROEI варьируется очень сильно и может изменяться по мере появления более эффективных технологий добычи. Приведенные ниже значения – не более чем приблизительные показатели, иллюстрирующие разницу между ведущими методами извлечения и преобразования энергии (Smil 2008а, Murphy and Hall 2010). Для производства угля отдача варьируется между 10 и 80, для нефти и газа – от 10 до более 100; для больших ветровых турбин в наиболее ветреных локациях значения могут достигать 20, но большей частью меньше 10; для фотоэлектрических солнечных элементов не больше 2; а для современного биотоплива (этанол, биодизель) в лучшем случае 1,5, их производство часто ведет за собой затраты энергии, а не выгоду (EROEI всего лишь 0,9–1,0).

Сложности и предупреждения

Использование стандартных единиц для измерения запасов и потоков энергии с физической точки зрения очевидно и с точки зрения науки приемлемо, но все равно все сведения в общем знаменателе могут сбивать нас с толку. В первую очередь, здесь не учитываются критичные качественные различия между разными видами энергии. Два вида угля могут иметь одинаковую плотность энергии, но один может гореть хорошо и оставлять малое количество пепла, в то время как другой горит плохо, выделяет много диоксида серы и оставляет большое количество несгораемого материала. Изобилие угля с высокой плотностью энергии – идеальная ситуация для снабжения топливом паровых машин (часто используемый термин «бездымный» можно принять только как относительный), и именно такое изобилие стало важнейшим фактором, на котором базировалось доминирование Великобритании на морях в XIX веке, поскольку ни у Франции, ни у Германии не было больших запасов угля сравнимого качества.

Абстрактные единицы энергии не показывают различие между съедобной и несъедобной биомассой. Равные массы семян пшеницы и сухой соломы от пшеницы содержат в принципе одно и то же количество тепловой энергии, но солома, большей частью состоящая из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, не переваривается людьми, в то время как семена пшеницы (в составе около 70 % сложных крахмалистых углеводов и до 14 % белка) – прекрасный источник основных питательных веществ. Показатели также не учитывают конкретное происхождение пищевой энергии, проблему большой важности для правильного питания. Многие высокоэнергетические виды пищи не содержат или содержат в малом количестве белок и жиры, два питательных вещества, необходимых для нормального роста и функционирования тела, и не могут обеспечить организм микроэлементами – витаминами и минералами.

Имеются и другие важные качества, скрытые за абстрактными измерениями. Доступ к запасам энергии – совершенно очевидно важный момент. Древесина ствола и ветвей имеет одинаковую плотность энергии, но без качественных топоров и пил люди во многих доиндустриальных обществах могли только собирать ветви. Это все еще норма в наиболее бедных регионах Африки и Азии, где дети и женщины собирают древесную фитомассу; особенности траспортировки тоже имеют значение, поскольку древесину (ветки) приходится переносить на голове, и часто на значительные расстояния. Легкость использования и эффективность преобразования могут быть обманчивыми в процессе выбора топлива. Дом можно обогревать деревом, углем, бензином или природным газом, но лучшие газовые котлы сейчас показывают 97 % эффективности, поэтому они много дешевле в использовании.

Сжигание соломы в простых печах требует частого добавления топлива, а большие куски дерева могут гореть без присмотра долгими часами. Отсутствие вентиляции (или плохая вентиляция – через дыру в потолке) при сжигании сухого навоза сопровождается большим количеством дыма, а горение высушенных дров в хорошей печи – малым, при этом отравление продуктами горения в собственном доме остается важной причиной дыхательных заболеваний во многих бедных странах (McGranahan and Murray 2003; Barnes 2014). И если не уточнять их происхождение, то плотность энергетических потоков не будет отличаться в случае возобновляемых источников и ископаемого топлива, хотя различие между ними фундаментально в понимании природы и долговечности той или иной энергетической системы. Современная цивилизация возникла благодаря массовому и все растущему потреблению ископаемого топлива. Но такая практика очевидным образом ограничена тем, что эти запасы конечны и что последствия сжигания углеводородов негативны, так что высокоэнергетические общества могут выжить, только постепенно переходя на другие источники энергии.

Дальнейшие сложности возникают, когда сравниваешь эффективность одушевленной и неодушевленной трансформации энергии. В последнем случае это просто соотношение затрат топлива или электричества и полученной в результате энергии, но в первом ежедневный расход пищи нельзя рассматривать как энергетические затраты, поскольку большая часть полученной энергии уходит на поддержание базового метаболизма – работу внутренних органов, циркуляцию крови, сохранение температуры тела. А базовый метаболизм надо поддерживать вне зависимости от того, работают или отдыхают люди или животные. Расчет полезных энергетических затрат, возможно, является наиболее удовлетворительным решением (примечание 1.10).

Примечание 1.10. Расчет полезных энергетических затрат человеческого труда

Не существует универсального общепринятого способа выразить энергетические затраты на человеческий труд, и расчет полезных затрат, возможно, наилучший выбор: это потребление энергии человеком сверх того, что является жизненно необходимым, что требуется, даже если не выполняется никакой работы. Подобный подход описывает труд человека через актуальный прирост затрат энергии. Общие затраты энергии – результат умножения базовой (в состоянии покоя) скорости метаболизма и уровня физической активности (ОЗЭ = БСМ х УФА), и прирост затрат энергии будет очевидным образом составлять разницу между ОЗЭ и БСМ. БСМ взрослого мужчины весом 70 кг будет около 7,5 МДж/сутки, женщины весом 60 кг – около 5,5 МДж/сутки. Если мы предположим, что тяжелая работа увеличивает дневной расход энергии на 30 %, то полезные затраты составят 2,2 МДж/сутки для мужчины и 1,7 МДж/сутки для женщины. Поэтому я буду использовать 2 МДж/сутки во всех приблизительных расчетах полезного дневного расхода энергии при добывании пищи, традиционном сельском хозяйстве и работе на производстве.

Дневное количество пищи нельзя рассматривать как энергетические поступления на трудовые затраты: базовый метаболизм (работа внутренних органов, циркуляция крови, поддержание температуры тела) протекает вне зависимости от того, работаем мы или отдыхаем. Изучение физиологии мускулов, особенно труды Арчибальда В. Хилла (1886–1977, лауреат Нобелевской премии 1922 года) дали возможность измерить эффективность мышечной работы (Hill 192; Whipp and Wasserman 1969). Коэффициент полезного действия при аэробной нагрузке около 20 %, и это значит, что 2 МДж/сутки метаболической энергии, затраченной на физическую работу, произведут полезной работы на величину, эквивалентную 400 кДж/сутки. Я буду использовать это приближение во всех последующих вычислениях. И для сравнения, коллеги (Kander, Malanima and Warde 2013) использовали общее потребление пищи, а не актуальные затраты полезной энергии в своем историческом сравнении источников энергии. Они приняли среднее потребление пищи в год 3,9 ГДж/сутки на особь, и это значение не менялось с 1800 по 2008 год.

Но даже в намного более простых обществах, чем наше, значительную часть труда составляет умственный – принятие решений о том, как подступиться к задаче, как выполнить ее при имеющихся ресурсах, как снизить энергетические издержки. Метаболические затраты на размышления, даже очень напряженные, невелики по сравнению с постоянным мускульным напряжением. С другой стороны, умственное развитие требует многих лет, знакомства с языком, социализации и обучения как прямого, так и посредством накопления опыта, и по мере того, как общество усложняется, этот процесс становится все более сложным и долгим, обзаводится собственными социальными институтами вроде школ и университетов. А все это требует значительных косвенных затрат энергии на поддержание как материальной инфраструктуры, так и нематериальных человеческих познаний.

Круг замкнулся.

Я отметил потребность в количественных оценках, но реальное понимание роли энергии в истории требует намного большего, чем простое сведение всего к различным числам в джоулях и ваттах, и игр с этими числами для получения всеобъемлющих объяснений. Мне придется справиться с этим вызовом, используя широкий подход: я буду применять конкретные значения плотности энергии и мощности и указывать на повышение КПД, но при этом не стану игнорировать многие качественные моменты, относящиеся к использованию различных видов энергии. И пусть императивы энергетических потребностей и способов использования энергии наложили глубокий отпечаток на наше прошлое, многие детали и последствия этих фундаментальных эволюционных детерминант могут быть объяснены только с точки зрения человеческих мотиваций и предпочтений и только признанием тех удивительных и часто необъяснимых выборов, которые направляют историю нашей цивилизации.

2. Энергия в доисторические времена

Понимание истоков рода Homo и заполнение деталями его последующей эволюции – бесконечный квест, поскольку находки отодвигают старые маркеры и усложняют картину, ученые открывают новые виды, которые не соответствуют существующей иерархии (Trinkaus 2005; Reynolds and Gallagher 2012). На 2015 год старейшими, надежно датированными гомининами остаются Ardipithecus ramidus (4,4 миллиона лет назад, найден в 1994 году) и Australopithecus anamensis (4,1–5,2 миллиона лет назад, найден в 1967 году). Значимым дополнением 2015 года был Australopithecus deyirimeda (3,3–3,5 миллиона лет назад) из Эфиопии (Hayle-Selassie et al. 2015). Последовательность более молодых гоминин включает Australopithecus afarensis (найден в 1974 году в Лаэтоли, Танзания, и в Хадаре, Эфиопия), Homo habilis (обнаружен в 1960 году в Танзании) и Homo erecrus (появился 1,8 миллиона лет назад, множество находок в Африке, Азии и Европе, самые молодые датируются 250 тысячами лет назад).

Повторный анализ первых костей Homo sapiens, найденных Ричардом Лики в Эфиопии в 1967 году – показал датировку порядка 190 тысяч лет назад (McDougall, Brown, and Fleagle 2005). Наши прямые предки добывали пищу охотой и собирательством, и только 10 тысяч лет назад отдельные маленькие группы начали переходить к оседлому образу жизни, базой которого стали одомашненные растения и животные. Это значит, что миллионы лет стратегии добывании пищи гоминин не отличались от стратегий наших примитивных предков, но сейчас у нас есть изотопные доказательства из Восточной Африки, что около 3,5 миллиона лет назад рацион гоминин начал отличаться от рациона сохранившихся человекообразных обезьян. Исследователи (Sponheimer and co-workers 2013) обнаружили, что с этого времени несколько таксонов гоминин начали вводить в свой рацион пищу, обогащенную изотопом ¹³С (произведенную в результате С₄-метаболизма), и поэтому состав изотопов углерода у них в организме сильно отличался от такового у африканских млекопитающих. Опора на растения С₄ таким образом имеет древнее происхождение, в современном сельском хозяйстве есть два С₄-растения: кукуруза и сахарный тростник, и они характеризуются более высокими средними урожаями, чем любой другой вид, дающий нам зерно или сахар.

Первым эволюционным достижением, которое в конечном итоге привело к появлению нашего вида, было не увеличение мозга, не изготовление орудий, а прямохождение, структурно очень маловероятное, но имеющее огромные адаптационные последствия. Начало появления этого признака можно проследить до эпохи примерно в 7 миллионов лет назад (Johanson 2006). Люди – единственные млекопитающие, для которых перемещение на двух ногах является нормой (другие приматы делают это лишь иногда), и поэтому прямохождение можно рассматривать как важнейший эволюционный прорыв, который и сделал нас в конечном итоге людьми. Хотя прямохождение – в сущности последовательность прерванных падений – нестабильно и неуклюже: «Человеческая походка – очень рискованная штуковина. Без точнейшего расчета времени человек просто упадет на лицо; фактически каждый шаг, который он делает, не более чем качание на краю катастрофы» (Napier 1970, 165). Непременно стоит отметить, что из-за прямохождения повышается риск мышечно-скелетных травм, с возрастом кости становятся хрупкими, менее плотными, возникает остеопороз (Latimer 2005).

Много вариантов ответа было предложено на простой вопрос, почему мы ходим на двух ногах, и большинство из них, как показано в недавней работе (Johanson 2006), выглядят совершенно неубедительными. Попытка распрямиться, чтобы запугивать хищников, не имела бы эффекта в случае с дикими собаками, гепардами или гиенами, которые не боятся более крупных млекопитающих. Попытка распрямиться, чтобы иметь лучший обзор в высокой траве только привлекла бы внимание тех же хищников; добраться до фруктов на низких ветвях можно было, не отказываясь от быстрого перемещения на четырех конечностях; а охлаждение тела легко достигается отдыхом в тени и добычей провизии в утренние и вечерние часы, когда прохладно. Различия в общих затратах энергии могут служить наилучшим объяснением (Lovejoy 1988). Гоминины, как и почти все млекопитающие, тратят большую часть энергии при воспроизведении, кормежке и обеспечении безопасности, и прямохождение помогает выполнять все эти функции.

Как изложил это исследователь (Johanson 2006, 2): «Естественный отбор не может создать вид поведения вроде прямохождения, но он может содействовать отбору этого вида поведения после того, как он появился». Если рассматривать проблему в более узком смысле, то совершенно не очевидно, что прямохождение предложило значительные биомеханические преимущества, чтобы обеспечить его отбор просто на основе затрат энергии на передвижение (Richmond et al. 2001). Хотя ученые (Sockol, Raichlen, and Pontzer 2007), измерив затраты энергии при передвижении шимпанзе и взрослого человека, нашли, что человеческая ходьба обходится в 75 % энергии от той, что расходуется при перемещении шимпанзе на двух или четырех конечностях. Разница возникает благодаря биомеханическим отличиям в анатомии и способе перемещения, и прежде всего – более вытянутому бедру и более длинным задним конечностям человека.

С прямохождения начался каскад значительных эволюционных изменений (Kingdon 2003, Meldrum and Hilton 2004). Оно освободило руки гоминин, чтобы держать оружие или переносить пищу к месту постоянного жительства, а не съедать ее на месте. Но в первую очередь оно было необходимо, чтобы развивалась координация кистей и появилась возможность использовать инструменты. Исследователи (Hashimoto and co-workers 2013) сделали вывод, что адаптации, обеспечившие освоение инструментов, развивались независимо от тех, которые требовались для человеческого прямохождения, поскольку и у людей, и у обезьян каждый палец руки представлен отдельно в первичной сенсомоторной области мозга, точно так же как сами пальцы разделены между собой. Поэтому возможно использовать каждую фалангу в сложных движениях, которые требуются при освоении инструментов. Но без прямохождения было бы невозможно использовать туловище в качестве опоры для рычага руки при изготовлении орудий и их применении. Прямохождение также освободило рот и зубы для развития более сложной системы звуковых сигналов, предшественницы языка (Aiello 1996). При этом понадобился более крупный мозг, энергетические потребности которого в конечном итоге в три раза превысили потребности мозга шимпанзе и составили до одной шестой общего базового метаболизма (Foley and Lee 1991; Lewin 2004). Средний коэффициент энцефализации (актуальная/ожидаемая масса мозга для заданной массы тела) составляет 2–3,5 в случае приматов и ранних гоминин, а для человека – несколько выше 6. Три миллиона лет назад Australopithecus afarensis имел мозг объемом менее чем 500 см³, полтора миллиона лет назад объем мозга удвоился у Homo erectus, а затем вырос еще примерно на 50 % у Homo sapiens (Leonard, Snodgrass, and Robertson 2007).

Более высокий коэффициент энцефализации был критически важен для роста социальной сложности (которая повысила шансы на выживание и поставила гоминин особняком среди прочих млекопитающих) и тесно связан с изменениями потребляемой пищи. Особые энергетические потребности мозга, грубо, в 16 раз больше, чем у скелетных мускулов, мозг человека расходует 20–25 % от метаболической энергии в состоянии покоя, в отличие от 8-10 % в случае других приматов и всего лишь 3–5% для остальных млекопитающих (Holliday 1986; Leonard et al. 2003). Единственный способ ужиться с таким большим мозгом, поддерживая ту же скорость метаболизма (человеческий метаболизм в состоянии покоя не выше, чем у других млекопитающих сравнимой массы) состоял в снижении массы других метаболически затратных тканей. Айелло и Уилер (Aiello and Wheeler 1995) доказывали, что уменьшение размера пищеварительного тракта было лучшим выбором, поскольку масса кишечника (в отличие от массы сердца или почек) может варьироваться в значительной степени в зависимости от рациона питания.

Различные исследователи (Fish and Lockwood 2003; Leonard, Snodgrass and Robertson 2007; Hublin and Richards 2009) подтвердили, что качество пищи и масса мозга имеют значительную позитивную корреляцию у приматов, и улучшения питания гоминин, включение в рацион мяса, поддерживают более крупный мозг, высокие энергетические затраты которого таким образом компенсируются за счет уменьшения кишечного тракта (Brauen et al. 2010). В то время как у существующих в наше время приматов, помимо человека, более 45 % массы кишок приходится на толстый кишечник и только 14–29 % на тонкий кишечник, у людей эти пропорции обратны: более 56 % приходится на тонкий кишечник и только 17–25 % на толстый.

Это явственное указание на адаптацию к более качественным видам пищи с высокой плотностью энергии (мясо, орехи), которые перевариваются в тонком кишечнике. Увеличение количества потребляемого мяса помогает объяснить выигрыш человека в массе тела и в росте, а также уменьшение челюстей и зубов (McHenry and Cofling 2000; Aiello and Wells 2002). Но более высокая доля потребления мяса не могла изменить энергетический базис эволюционирующих гоминин: чтобы обеспечить себя пищей, они должны были полагаться только на собственные мускулы и простейшие стратегии при собирательстве, поедании падали, охоте и рыболовстве.

Отследить происхождение первых инструментов из дерева (палки и дубинки) невозможно, поскольку лишь артефакты этого рода, сохранившиеся в бескислородной среде, чаще всего в болотах, дожили до нашего времени. Однако разрушение мало коснулось камней, которые использовались для изготовления простейших инструментов, и новые находки всё отодвигают назад дату появления первых орудий, сделанных человеком. Несколько десятилетий почти все соглашались, что вероятная датировка подобных объектов – 2,5 миллиона лет назад. Изготовленные из булыжников, сравнительно маленькие и простые олдувайские каменные топоры (ядро и заостренный край), рубила и отщепы облегчали задачу разделки туш животных и расщепления костей (de la Torre 2011). Но позднейшие находки в Ломекви в Западной Туркане, Кения, отодвинули дату появления старейших орудий из камня до 3,3 миллиона лет назад (Harmand et al. 2015).

Около полутора миллионов лет назад гоминины начали изготавливать отщепы большего размера, чтобы делать двусторонние ручные топоры, копья и ножи ашельской (1,2–0,1 миллиона лет назад) культуры. Зачистка одного ядра позволяла получить меньше 20 см острых режущих краев, но умельцы того времени изготавливали самые разные ручные инструменты из камня (рис. 2.1). Деревянные копья были очень нужны при охоте на крупных животных. В 1948 году почти целое копье обнаружили внутри скелета слона в Германии и датировали последним межледниковым периодом (115–125 тысяч лет назад), а в 1996 году метательные копья, найденные в лигнитовом карьере в Шёнингене, датировали 400–380 тысячами лет назад (Thieme 1997). Каменные же наконечники, насаженные на деревянные копья, имеют датировку около 300 тысяч лет назад.

Но новые открытия в Южной Африке отодвинули дату появления многокомпонентных орудий как минимум на двести тысяч лет (Wilkins and co-workers 2012). Исследователи пришли к выводу, что каменные наконечники из Кату Пан сделаны около 500 тысяч лет назад и что их прикрепляли к деревянным копьям. Настоящее длинное метательное оружие эволюционировало в Африке между 90 и 70 тысяч лет назад (Rhodes and Churchill 2009). Другие недавние открытия в Южной Африке показали, что значительные технические усовершенствования – производство маленьких лезвий (микролитов), главным образом из нагретого камня, для использования в составных орудиях – имели место уже 71 тысячу лет назад (Brown et al. 2012). Более крупные составные орудия получили широкое распространение только около 25 тысяч лет назад (граветтская культура в Европе) с появлением сложных тесал и топоров и с развитием более эффективной технологии отщепывания кремня, давшей множество остроконечных орудий: гарпуны, иглы, пилы. Горшечное дело и изготовление предметов из тканых волокон (одежда, сети, корзины) тоже появились в это время.

Рисунок 2.1. Каменные инструменты ашельской культуры, первые изготовленные Homo ergaster, формировались путем удаления каменных отщепов, после чего получались специализированные режущие лезвия (Corbis)

При мадленской культуре (между 17 и 12 тысяч лет назад; названа по имени пещеры Ла Мадлен в Южной Франции, где были обнаружены инструменты) производилось до 12 метров микролезвий из единственного камня, и эксперименты с их современными аналогами (насаженными на копья) показали их пользу в охоте (Petillon et al. 2011). Копье с каменным наконечником стало еще более мощным оружием после изобретения копьеметалок в позднем палеолите. Использование принципа рычага удвоило скорость полета оружия и уменьшило необходимость слишком приближаться к цели. Стрелы с каменными наконечниками распространили эти преимущества еще дальше и обеспечили большую точность.

Мы никогда не узнаем дату, когда огонь впервые начали использовать для обогрева и приготовления пищи: на открытом месте любые релевантные доказательства существования кострищ быстро исчезали по естественным причинам, а в обитаемых пещерах их ликвидировали за поколения повторного использования. Самые ранние данные, на которые мы можем полагаться, понемногу отодвигаются в прошлое: Гудсблом (Goudsblom 1992) называл цифру в 250 тысяч лет назад, но уже дюжиной лет позже фигурировали 790 тысяч лет назад (Goren-Inbar and coworkers 2004), в то время как окаменелости предполагают, что употребление приготовленной пищи имело место уже 1,9 миллиона лет назад. Но безо всяких сомнений, в верхнем палеолите (30–20 тысяч лет назад), когда Homo sapiens sapiens занял в Европе место неандертальцев, использование огня было широко распространено (Bar-Yosef 2002; Karkanas et al. 2007).

Приготовление пищи всегда рассматривалось как важный элемент человеческой эволюции, но некоторые исследователи (Wrangham 2009) считают, что оно оказало «чудовищное» влияние на наших предков. Оно очень сильно расширило список доступной пищи, и кроме того, его освоение повлекло за собой многочисленные физические изменения (включая уменьшение зубов и объема пищеварительного тракта), а также трансформацию поведения (необходимость охранять запасы еды, что обеспечило возникновение защитных связей между мужчинами и женщинами). И в конечном итоге все это привело к комплексной социализации, оседлой жизни и «самоодомашниванию». Всю пищу в доисторические времена готовили на открытом огне, мясо вешали над костром, закапывали в угли, клали на раскаленные камни, заворачивали в шкуры, обмазывали глиной или помещали в кожаные сосуды вместе с водой и раскаленными камнями. Поскольку способов и методов обращения с пищей много, то невозможно определить типичную эффективность конверсии топлива. Эксперименты показывают, что 2-10 % энергии дерева превращается в полезное тепло, и правдоподобные предположения оценивают годовое потребление дерева максимум в 100–150 кг/г. на человека (примечание 2.1).

Примечание 2.1. Потребление дерева при приготовлении мяса на открытом огне

Реалистические предположения при определении вероятного максимума потребления дерева при приготовлении мяса на открытом огне во время позднего палеолита следующие (Smil 2013а): среднее дневное поступление энергии – около 10 МДж на человека (адекватно для взрослых, выше, чем в среднем для популяции), в котором доля мяса 80 % (8 МДж); плотность энергии пищи для трупов животных – 8-10 МДж/кг (типично для мамонтов, в общем 5–6 МДж/кг для крупных копытных); средняя температура окружающей среды 20 °C в теплом и 10 °C в холодном климатах; температура готовки мяса – 80 °C (77° достаточно для хорошо прожаренного мяса); теплоемкость мяса примерно 3 кДж/кг°С; эффективность готовки на открытом пламени всего 5 %; средняя плотность энергии сухой древесины – 15 МДж/кг. Эти числа предполагают среднее дневное потребление около 1 кг мяса мамонта (и около 1,5 кг мяса крупных копытных) на человека и дневную потребность около 4–6 МДж дерева. Общее годовое потребление будет 1,5–2,2 ГДж или 100–150 кг (частично свежей, частично сухой) древесины. Для 200 тыс. человек, живших на Земле 20 тысяч лет назад, глобальная потребность составляла 20–30 тысяч тонн, пренебрежимо малая доля (порядка 8-10 знака после запятой) от всей древесной фитомассы планеты.

Помимо обогрева и приготовления пищи огонь использовали в качестве инженерного инструмента: анатомически современные люди нагревали камни, чтобы они лучше раскалывались, как минимум 164 тысячи лет назад (Brown et al. 2009). Некоторые исследователи (Mellars 2006) предполагают, что существуют доказательства контролируемого выжигания растительности в Южной Африке уже 55 тысяч лет назад. Выжигание леса как инструмент управления окружающей средой охотниками-собирателями раннего голоцена могло помогать в охоте (обеспечивая рост свежей зелени, привлекающей животных, и заодно создавая лучшую видимость), облегчать передвижение или процесс сбора древесных плодов (Mason 2000).