Мир на пике – Мир в пике
Шрифт:
И для анализа начальных шагов этого пути нам надо рассмотреть простую абстракцию, которую нам часто показывают в школе. Абстракция эта называется «трава-кролики-волки» или, если назвать ее по-научному, «пищевая пирамида». Ту, которую ел циклоп, ела стрекоза и ели динозавры, находясь в свое время на ее вершине. Которую едим и мы с вами, находясь на вершине пика нефти. И эта абстракция поможет нам пройти логически весь путь, вплоть до нефтяной скважины и термоядерного реактора.
Однако, по факту, это не просто «пищевая пирамида». Это, как мы видели в главе об «абсолютном хищнике», и пирамида порядка (хищник управляет жертвой), и пирамида энергии, так как в любой «пищевой пирамиде» вместе с пищей идут и незримые перетоки энергии внутри системы. Кроме того, пирамида упорядоченности задает и некий
Остановимся на этих особенностях «энергетической жизни» подробнее.
Начнем с пирамиды энергии.
Рис. 25. Пирамида энергии.
Nota: На Севере приходится долго работать над собой, чтобы все-таки выбраться на самый верх, на Юге проще жизнь.
Официально, как я сказал, эти природные пирамиды зовутся «пирамидами биомассы» или «пищевыми пирамидами».
Пищевая цепь — это фундаментальное понятие экологии; это последовательность, в соответствии с которой организмы поедают друг друга. Вернее всего будет представить этот процесс как пирамиду, чем как цепь, поскольку в любом местообитании гораздо больше животных является низшими звеньями цепи, нежели высшим звеном.
В основании пищевой пирамиды находятся растения, первичные производители биомассы, которые используют энергию солнца, чтобы синтезировать первичную пищу из углекислого газа воздуха и минеральных веществ почвы. От миллиардов членов этого широкого основания пирамиды все цепи питания протягиваются наверх, к хищным животным, стоящим на ее вершине. Например, на далеком Севере растения, которые развиваются в течение короткого полярного лета, служат пищей насекомым. Насекомых затем поедают мелкие птицы, которых, в свою очередь, едят мелкие хищники вроде лисиц, которых, в конце концов, поедают крупные хищники вроде белого медведя. Сходным образом микроскопический фитопланктон, существующий в море, в то же время находится в основании пищевой цепи, которая протягивается через зоопланктон (привет, циклоп!), рыб и тюленей снова-таки к белому медведю. Никто не охотится на живых белых медведей, хотя, когда он умирает, падальщики и микроорганизмы из числа находящихся в основании пищевой цепи кормятся на его трупе, разлагая его вплоть до неорганических веществ, которые снова служат пищей растениям в основании пирамиды. Если исключить мир паразитов, где количество организмов, питающихся на каждом уровне, скорее возрастает, нежели уменьшается, пищевые пирамиды, подобные показанным выше, могут быть воссозданы для любого типа местообитаний на Земле, в каждом случае с одним хищником или небольшой группой хищников, находящихся на вершине.
Как вы помните, начиная со времен человека умелого, мы успешно взбирались и взбираемся до сих пор на вершину пищевой пирамиды «всея Земли», к настоящему моменту времени поставив на службу себе практически всю первичную продукцию биосферы Земли.
Нас же в этих пирамидах будет интересовать не их «вещественное» наполнение (оно, в общем-то, тривиально и понятно из верхней картинки), а их наполнение энергетическое и взаимосвязь количеств энергии с эффективностью ее перетока.
37
Omne vivum ex vivo — Все живое из живого.
Вторую компоненту, энергоэффективность, нам
Энергоэффективность, в рамках данной книги, — это не КПД лампочки дневного света, которая «светит как стоваттная, а потребляет всего десять ватт». Это параметр, который в англоязычной литературе носит сокращенно название EROI (или EROEI) и расшифровывается как «energy return on (energy) invested». В переводе на русский это означает «полученная энергия в расчете на вложенную (энергию)».
Интуитивно понять параметр EROI как раз проще всего на примере модели «хищник-жертва». Жертва убегает, хищник ее догоняет. Приз для хищника — это тело жертвы и те калории пищевой энергии, которые хищник может получить, когда таки отправит жертву себе в пищевод. Но одновременно погоня за жертвой — это и расход энергии для самого хищника. Для того чтобы белый медведь поймал нерпу, ему надо часами ходить по негостеприимному льду и выискивать ее лунки, а потом сидеть и ждать нерпу, тратя энергию на обогрев своего остывающего тела.
Параметр EROI обычно выражается в безразмерной величине, например 10:1. Что это означает? Это означает, что медведь, в том случае, если он хороший охотник, потратит 1 калорию энергии на каждые 10 калорий пищи, которые светят ему в виде тушки несчастной нерпы.
EROI еще можно представить себе как «супервысокий КПД». Мы привыкли, что в повседневной жизни КПД (коэффициент полезного действия) различных механизмов и устройств меньше единицы (ну — или выраженный в процентах, составляет число, меньшее 100 %). Однако в случае добычи энергии такой подход неприемлем: если медведь будет тратить на охоту за нерпами больше энергии, чем он получает взамен в виде их мяса, это рано или поздно будет плохой медведь. Мертвый.
Поэтому наш модельный EROI 10:1 — это то же самое, что КПД в 1000 % (прописью: тысяча процентов). Именно. И лишь такие высокие значения этого параметра помогают удержать в равновесии такую, казалось бы, сверхустойчивую систему, как «пирамида биомассы».
Как меняется EROI при движении от низа пирамиды до ее верха? Как меняется количество энергии в пирамиде?
Энергия, заключенная в каждом следующем ярусе пирамиды, понятным образом уменьшается (вместе с располагаемыми количествами биомассы). А вот EROI — растет!
Например, полярный рачок-криль, расположившийся на втором ярусе пищевой пирамиды где-то рядом с нашим циклопом, конечно, обладает просто-таки бесконечными запасами одноклеточных водорослей, которые в изобилии растут на нижней стороне полярного льда, но вот утилизировать он вынужден энергию очень низкого качества. «Низкое качество» — это именно наш EROI (джоуль он и есть джоуль), а вот затраты на каждый джоуль полученной энергии уже могут быть разными. Криль, по сути дела, ест и жует водоросли всю жизнь. Растет каждый отдельный криль в силу этого очень медленно, тратя большую часть энергии на поддержание своей деятельности по поиску и перевариванию водорослей. Водоросли невкусные, их надо долго и упорно расщеплять на что-либо путное. Хорошо, что водоросли сидят на месте, иначе криль вообще бы подох, бегая за ними подо льдом.
38
Onus probandi — Бремя доказательства.
Рыба, расположившаяся ярусом выше, получает уже гораздо более качественную энергию из криля и его друга — циклопа, оставляя им возможность самим есть невкусную водоросль. Кроме того, хотя криль и бегает от рыбы, но делает это неумело и не очень успешно. То есть уже на ярусе хищника первого порядка ситуация с энергией и энергоэффективностью меняется разительно — энергии стало меньше, но она стала концентрированнее, качественнее и, как следствие, потребляется «наверх» уже с более высоким EROI.