Мы привыкли думать, что если на планете завелись умные существа, то они рано или поздно обязательно построят радиотелескопы и полетят к звездам. Но биологи и астрофизики Линкольн Таиз, Джоэл Примак, Даг Хеллингер и Питер Уорд в своей статье для International Journal of Astrobiology смотрят на ситуацию иначе. Они считают, что одного интеллекта мало. Между умением рассуждать и созданием высоких технологий стоит жесткий энергетический барьер, и преодолеть его можно только в том случае, если планете очень повезло с ресурсами.
Энергетический тупик доиндустриальных обществ
Основная беда цивилизаций, которые живут за счет сжигания дерева, — это крайне низкая плотность энергии в таком топливе. Растения в ходе фотосинтеза забирают меньше 0,5% солнечного света. Получается, что один квадратный метр леса дает всего около 0,5 Ватта мощности. При этом даже маленькому старинному городку для обогрева домов и работы мастерских нужно от 20 до 30 Ватт на каждый метр застройки. Возникает огромный разрыв: чтобы прокормить энергией один город, нужно вырубать леса на территории, которая в 50 раз больше самого поселения.
В XVIII веке металлургия Британии за год «съедала» более 180 тысяч квадратных километров леса. Когда дрова заканчиваются, наступает экологический кризис, а экономика просто перестает расти. Если в этот момент не найти другое топливо, развитие цивилизации на этом и закончится.
Уголь как катализатор прогресса
Человечеству повезло — у нас был уголь, который и вытащил нас из этой ловушки. В местах добычи угля плотность энергии достигает от 1 000 до 10 000 Ватт на квадратный метр. Это в тысячи раз эффективнее, чем жечь дрова. Именно такая концентрация энергии дала возможность развить металлургию и начать делать качественную сталь. Без стальных инструментов мы бы никогда не смогли построить буровые установки, чтобы добраться до нефти и газа, ведь большинство их запасов спрятано на глубине больше километра.
Биологические и геологические ограничения
Чтобы на планете появился уголь, должно совпасть слишком много факторов. Уголь — это результат работы оксигенного фотосинтеза и особого фермента фотосистемы II. На Земле этот сложный механизм появился всего один раз. Без него в атмосфере не было бы достаточно кислорода, а значит, не появились бы ни крупные животные, ни высокие деревья.
Но даже если леса выросли, для превращения их в уголь нужны особые условия:
- Тектоника плит: земная кора должна двигаться, создавая впадины, где погибшие деревья быстро оказываются под землей и не успевают сгнить.
- Климатические циклы: нужны регулярные затопления лесов, чтобы пласты накладывались друг на друга слоями.
- Химическая трансформация: биомасса должна попасть на глубину около 6 километров, где под давлением и при температуре в 200 градусов она превратится в антрацит.
Если на планете нет движения тектонических плит, органика просто сгниет на поверхности, не превратившись в ископаемое топливо. К тому же уголь «зреет» от 100 до 300 миллионов лет. И он должен оказаться под рукой именно тогда, когда разумный вид будет готов его использовать.
Авторы исследования подчеркивают важную мысль: наличие доступного топлива с высокой плотностью энергии — это обязательный фильтр. Любая цивилизация должна его пройти, если хочет стать технологически развитой, но далеко не каждой планете природа выдает такой «энергетический кредит».
Часто задаваемые вопросы
У древесины слишком низкая энергетическая плотность. Для промышленного производства металлов потребовались бы площади лесов, превышающие размеры доступных территорий, что привело бы к полному уничтожению экосистемы до создания сложных машин.
Движение плит необходимо для захоронения органики глубоко под землю без доступа кислорода. Без этого процесса торф не превратится в уголь, а цивилизация останется на аграрном уровне развития без мощных источников энергии.
Это математическая формула, предназначенная для определения числа технически развитых цивилизаций в Галактике, с которыми у человечества есть шанс вступить в контакт.