От микроорганизмов до мегаполисов. Поиск компромисса между прогрессом и будущим планеты

Смил Вацлав

Что касается основных величин, чей рост определяет материальный мир, Международная система единиц (СИ) признает семь основных единиц: длина (метры, м), масса (килограмм, кг), время (секунда, с), сила электрического тока (ампер, А), термодинамическая (или абсолютная) температура (кельвин, К), количество вещества (моль) и сила света (кандела, кд). Многие единицы роста относятся к количествам, полученным на основе семи основных единиц, в том числе площадь (м²), объем (м³), скорость (м/с), плотность (кг/м³) и удельный объем (м³/кг). Более сложные уравнения связи между физическими величинами дают такие распространенные меры роста, как мощность, давление, энергия, сила или сила света.

Большинство этих единиц измерения будет часто встречаться

на страницах книги (их полный список, а также список кратных им величин и дольных единиц см. в разделах «Единицы измерения» и «Аббревиатуры»). Две базовые единицы, длина и масса, будут использоваться для оценки роста организмов (будь то деревья, беспозвоночные или младенцы), структур и машин. Среди линейных переменных наибольшее восхищение и чувство соперничества всегда вызывала высота. Ее важность подтверждают и корреляция между ростом и силой в корпоративном мире (Adams et al., 2016), и навязчивое желание архитекторов и девелоперов строить все более высокие здания. Международной организации, которая следила бы за ростом зданий, имеющих наибольшую площадь застройки или внутреннего пространства, не существует, но есть Совет по высотным зданиям и жилой среде, имеющий свои критерии определения и измерения высотных зданий (CTBUH, 2018).

Рекордные значения высоты выросли с 42 м Home Insurance Building, первого в мире небоскреба, построенного в Чикаго в 1884 году, до 828 м Burj Khalifa в Дубае, завершенного в 2009 году. Высота небоскреба Jeddah Tower (основным подрядчиком на строительство которого выступает компания Saudi Binladin, чье название всегда будет ассоциироваться с событиями 11 сентября 2001 года) к 2019 году должно было достичь 1008 м (CTBUH, 2018) [2] . Длина, как и высота, в отличие от массы, также постоянно всплывает при сравнительных антропометрических исследованиях, и Clio Infra (2017) и Розер (Roser, 2017) обеспечивают удобные справочники измерений высоты от древних скелетов до современных людей (рис. 1.1). Рост европейских новобранцев служит надежным подтверждением его увеличения в новое время (Ulijaszek et al., 1998; Floud et al., 2011).

2

В 2018 г. строительство приостановилось и с тех пор не возобновлялось. – Прим. ред.

Площадь довольно часто возникает в исследованиях роста в таких разнообразных примерах, как средний размер ферм, расширение империй и ежегодная установка солнечных батарей для выработки электроэнергии. Изменения в области строительства жилья (средняя площадь домов или квартир) измеряются в квадратных метрах (м²), за исключением США, использующих неметрическую систему, где по-прежнему пользуются квадратными футами. Квадратные километры (км², 1000 x 1000 м) используются для отслеживания роста государств и империй. Еще чаще площадь используется в качестве единицы измерения при количественном анализе результатов фотосинтеза, то есть продуктов лесоводства и урожаев сельского хозяйства. Гектары (100 x 100 м, или 10 000 м²) являются наиболее распространенными единицами измерения площади в статистике сельского хозяйства (снова за исключением США, где используются акры).

Рис. 1.1. Эволюция мужского роста в Западной Европе, 1550–1980. Данные Clio Infra (2017)

Объем предпочитают массе при обзоре роста производства и потребления алкогольных и безалкогольных напитков (обычно в литрах), оценке годовой заготовки и промышленного использования древесины и другой древесной продукции (обычно в м³). Объем также является предпочитаемым индикатором измерения при добыче и транспортировке неочищенной нефти и, пожалуй, является лучшим примером прижившейся неметрической единицы измерения. Стальная емкость объемом 42 американских галлона (или приблизительно 159,997 литра) в 1872 году была принята Бюро переписи США за единицу измерения объема сырой нефти, и баррель остается стандартным показателем производительности в нефтяной промышленности – но конвертация объема в эквивалент массы требует знания плотности

конкретного сорта нефти.

Чтобы получить одну тонну необработанной нефти, требуется немногим более шести баррелей тяжелой нефти (добываемой на Ближнем Востоке), но самой легкой нефти – из Алжира и Малайзии – понадобится уже 8,5 барреля, в то время как средним международным значением является 7,33 барреля на тонну. Аналогично перевод объема древесины в эквивалент массы требует знания плотности конкретной породы. Даже среди распространенных видов плотность отличается в два раза, от легкой сосны (400 кг/м³) до тяжелого ясеня белого (800 кг/м³), а крайние значения колеблются от 200 кг/м³ у бальсы до 1,2 т/м³ у черного дерева (USDA, 2010).

История вездесущих предметов материальной культуры иллюстрирует две противоположные массовые тенденции: с одной стороны, миниатюризацию широко используемых компонентов и устройств (на основе беспрецедентного распространения твердотельной электроники), а с другой – значительное увеличение средней массы двух крупнейших объектов инвестиций современных семей – автомобилей и домов. Очевидно, что уменьшение массы компьютеров обратно пропорционально их способности обрабатывать растущий объем информации на единицу собственного веса. В августе 1969 года компьютер космического корабля «Аполлон–11», использовавшийся для посадки капсулы с экипажем на Луну, весил 32 кг и имел всего 2 Кб оперативной памяти (RAM), или 62 байта на килограмм массы (Hall, 1996). Двенадцать лет спустя первый персональный компьютер, выпущенный компанией IBM, весил 11,3 кг и имел 16 Кб RAM, то есть 1,416 Кб/кг. В 2018 году ноутбук Dell, на котором была написана эта книга, весил 2,83 кг и имел 4 Гб оперативной памяти, или 1,41 Гб/кг. Не принимая во внимание компьютер с «Аполлон–11» (уникальный, некоммерческий продукт), с 1981 года соотношение памяти к массе персональных компьютеров выросло в миллион раз!

С дальнейшей миниатюризацией электронных приборов (за исключением телевизионных панелей размером в стену) дома и машины становятся больше. Люди думают о домах в первую очередь как о жилой площади, но значительный ее рост – в США с 91 м² общей площади в 1950 году до приблизительно 240 м² к 2015 году (Alexander, 2000; USCB, 2017) – привел к еще большему росту объема используемых строительных и отделочных материалов. Для строительства дома площадью 240 м² потребуется не менее 35 тонн дерева, включая пиломатериалы, предназначенные для конструкции каркаса, и прочую древесную продукцию, в том числе фанеру, клееную древесину и шпон (Smil, 2014b). С другой стороны, простой дом площадью 90 м² можно построить из 12 тонн дерева – что в три раза меньше.

Более того, современные американские дома содержат больше мебели и крупной бытовой техники (холодильники, посудомоечные, стиральные и сушильные машины): в 1950 году всего в 20 % домохозяйств имелись стиральные машины, менее чем в 10 % – сушильные и менее чем в 5 % – кондиционеры, сегодня ставшие стандартом даже в северных штатах. Кроме того, в более дорогой отделке используются более тяжелые материалы, например в плитке и камне для напольных покрытий, каменных кухонных столешницах и больших каминах. В результате новые дома, построенные в 2015 году, примерно в 2,6 раза больше построенных в 1950 году, но для многих из них масса строительных материалов увеличилась в четыре раза.

Рост массы американских легковых автомобилей вызван сочетанием расточительности и стремления к усовершенствованиям (рис. 1.2). Первый в мире серийный автомобиль, знаменитая фордовская Model T, выпущенный в октябре 1908 года, весил всего 540 кг. Увеличение веса после Первой мировой войны было связано с тем, что автомобиль получил полностью закрытую металлическую кабину, более тяжелый двигатель и более удобные сиденья: в 1938 году масса фордовской Model 74 достигала 1090 кг, почти вдвое больше, чем у Model T (Smil, 2014b). Эти тенденции (более крупные автомобили, тяжелые двигатели, больше аксессуаров) продолжились и после Второй мировой войны, а после короткой паузы и отхода от них в результате повышения цен на нефть Организацией стран – экспортеров нефти (ОПЕК) в 1970-х годах усилились в середине 1980-х с появлением внедорожников-универсалов (кроссоверов), на долю которых в США в 2019 году пришлась половина продаж новых автомобилей, и ростом популярности пикапов и автофургонов.