Joseph Tainter - ajatuksia historiasta, yhteiskunnista, kompleksisuudesta ja tulevaisuudesta

Voi kuulostaa erikoiselta, että antropologiaan, arkeologiaan ja historiaan uransa omistaneella professorilla voisi olla jotakin annettavaa meille nykyajan modernien ongelmien kanssa tuskaileville, mutta se saattaa hyvinkin olla harha. Nimittäin amerikkalainen Utahin yliopiston ympäristö- ja yhteiskuntatieteiden professori Joseph Tainter on hahmo, jonka yli 30 vuoden aikana tekemä tutkimustyö on alkanut nousta nopeasti esille talous-, resurssi-, ja ympäristökriisien jatkuessa. Olen saanut useita kysymyksiä viime vuosien aikana liittyen Tainterin kirjoituksiin, joten tämän tekstin kirjoittaminen tuntui hyödylliseltä ajatukselta. Aluksi on paikallaan huomauttaa, että Tainter ei tarjoa minkäänlaisia ratkaisuja edellämainittuihin ongelmiin, sen sijaan hän pyrkii selittämään niiden perimmäisiä syitä äärimmäisen perusteellisella tavalla. On myös tärkeää yrittää ymmärtää miten ongelmat ovat syntyneet, vaikka ratkaisuja ei olisikaan vielä keksitty. Niiden keksiminen on epäilemättä lähempänä silloin kun tietoisuus nykytilanteesta on mahdollisimman hyvä. 

We don't prepare for the future, basically we verge from crisis to crisis

- Joseph Tainter

The Collapse of Complex Societies

Tainterin tuotannosta ehdottomasti tunnetuin teos on vuonna 1988 ilmestynyt The Collapse of Complex Societies, kompleksisten yhteiskuntien romahdus. Tainter kertoo kirjansa kirjoittamisen syyksi tuskastumisen laajaan, mutta epätäydelliseen kirjallisuuteen yhteiskuntien romahduksesta. Hänen mukaansa universaalia teoriaa siitä, miksi yhteiskunnilla on ollut tapana romahtaa, ei oltu yritetty luoda, joten hän päätti yrittää sellaisen luomista. Tainter piti olennaisena sitä, että hänen teoriansa pyrki luomaan yleismallin siitä, miksi kompleksisen yhteiskunnan romahdus tapahtuu. Hän ei ollut kiinnostunut yksittäisistä tai mystisiksi tulkitsemistaan malleista, joita kirjallisuus oli täynnä. Tainter kritisoi jopa poikkeuksellisen voimakkaasti tunnetuimpia klassikoita, kuten Oswald Spengleriä ja Arnold J. Toynbeetä niiden selitysmallien tieteellisistä puutteista. Tainterin mukaan selitykset, joissa esimerkiksi verrattiin yhteiskunnan elinkaarta ihmisen elinkaareen, olivat luonteeltaan mystisiä, eivät tieteellisiä. Hänen mielestään nämä mallit eivät tarjonneet kunnollista vastausta kysymykseen, miksi yhteiskunnat romahtavat.

Mitä romahdus sitten tarkoittaa? Tainter määrittelee sen äkilliseksi yhteiskunnallisen kompleksisuuden alentumiseksi, joka tarkoittaa erilaisten virtojen (informaatio, resurssit, energia) vähentymistä tai jopa kokonaista pysähtymistä, sekä sosiaalisten roolien (ammattien) vähentymistä. Yhteiskunta menettää rakenteensa ja organisatorisen kykynsä kontrolloida alueellaan olevia ihmisiä, tavaravirtoja, informaatiota jne. Tunnusmerkkeinä tästä on yleensä nälänhätä, infrastruktuurin rapistuminen ja ihmisten maailman "pienentyminen" liikkuvuuden ja tiedon virtojen vähentyessä. Alentunut kompleksisuus näkyy yhteiskuntien kykenemättömyytenä ratkaista niiden eteen tulevia ongelmia, kuten hyökkääviä vihollisia, ympäristökatastrofeja tai sisäisiä ongelmia. Tainterin teorian keskiössä on nimenomaan kompleksisuus, tarkemmin sosiaalinen kompleksisuus ja sen kehitys. Kompleksisuuden käsitteestä tarkemmin seuraavassa kappaleessa. Yksinkertaistettuna yhteiskunnat kehittyvät kasvattaen samalla kompleksisuuttaan. Kompleksisuus maksaa, joten sitä joudutaan rahoittamaan eri lähteistä. Rooman valtakunnassa rahoittajina toimivat talonpojat ja heidän viljasatonsa. Nykyisessä yhteiskunnassamme rahoittajina ovat pääosin fossiiliset polttoaineet ja ihmistyö enenevässä määrin vain vielä automatisoimattomien prosessien hallinnan osalta.

A society or other institution can be destroyed by the cost of sustaining itself.

– Joseph Tainter

Kompleksisuuden kasvaminen juontuu yhteiskuntien perimmäisestä tarpeesta ratkoa niiden eteen tulevia ongelmia innovaatioiden avulla. Alentuva rajahyöty astuu kuitenkin peliin jossakin kohtaa: uudet ongelmat ja niiden ratkaisut tuottavat entistä vähemmän nettohyötyä yhteiskunnalle, jolloin vaarallinen kehitysvaihe alkaa. Ongelmienratkaisua ei voida lopettaa vapaaehtoisesti, koska se tarkoittaa jo itsessään jonkinlaista romahdusta, joten yhteiskunnat yrittävät viimeiseen asti jatkaa ongelmanratkaisua ja siinä sivussa tietämättään kasvattavat kumulatiivista kompleksisuuttaan, jonka ylläpitäminen maksaa jatkuvasti enemmän. Keino ulos tästä kierteestä on uuden energialähteen tai uusien alueiden valtaaminen, mutta jokainen Tainterin tutkimista yli 20 yhteiskunnasta tai sivilisaatiosta epäonnistui lopulta kompleksisuuden kasvattamisessa ja romahti. Tästä seuraakin joukko olennaisia kysymyksiä. Olemmeko samalla polulla? Miten me eroamme edeltäjistämme? On hyvä muistaa, että jokaisen kulttuurin perimmäisiin arvoihin kuuluu oletus siitä, että olemme erilaisia, parempia kuin muut. Tainterin työ kyseenalaistaa siis erään kulttuurimme kulmakiven, entä jos emme ole erilaisia kuin aiemmat sivilisaatiot?

Sosiaalisen kompleksisuuden rajahyöty vähentyy sen kasvaessa, kunnes muuttuu alenevaksi.

Kompleksisuus - ratkaisu ongelmiin

Tainterin tutkimuksissa kompleksisuus on keskeinen käsite. Kompleksisuus ei ole mikään yksiselitteinen käsite, sillä voidaan tarkoittaa useita eri asioita. Se ei ole synonyymi monimutkaisuuden kanssa, vaikka näin usein väärin tulkitaankin. Kompleksisuus on hallitsematonta ja se elää jatkuvasti, eli on ns. dynaamista. Se on systeemin ominaisuus ja vaatii aina resursseja kehittyäkseen ja pitääkseen itseään yllä. Tainterin käyttämänä kompleksisuus viittaa yleiseen yhteiskunnalliseen kehitykseen, joka tunnistetaan esimerkiksi ammatillisesta erikoistumisesta, infrastruktuurin kehityksestä, informaatiovirtojen kasvusta ja nopeutumisesta, sekä tietenkin teknologisesta kehityksestä. Kompleksisuuus kasvaa yksinkertaisesta syystä: ihmiset ja meidän muodostamamme ylätasot, yhteiskunnat, ratkaisevat eteensä tulevia ongelmia. Hienostuneempi termi tästä on innovaatiotoiminta.

Käytännössä kaikki ihmisten toiminta on jollakin tasolla syntynyt erilaisesta ongelmanratkaisusta, ja logiikka on selvä. Armeija on vastaus ongelmaan ulkoisesta uhasta, poliisi sisäisestä. Lääketiede on ratkaisu ongelmaan nimeltä sairaus. Koulutus on ratkaisu ongelmiin, joita kouluttamattomuus tuo mukanaan. Jopa hengellinen toiminta, kuten uskonto, on ratkaisu ongelmaan, pelkoon kuoleman jälkeisestä elämästä. Teknologia on kenties helpompi ymmärtää täysin ongelmanratkaisun tuloksena. Kaikki käyttämämme työkalut kirveestä älypuhelimeen ovat olemassa ratkaistakseen jotakin ihmisen keksimää ongelmaa. Ongelmanratkaisun tuloksena syntyy uusia ammatteja. Metsästäjä-keräilijä yhteisössä oli arviolta 10-20 erilaista sosiaalista roolia, kuten parantajat, työkalujen valmistajat jne. Teollisessa yhteiskunnassa on nykyään eri arvioiden mukaan kymmeniä tuhansia, jopa miljoona erilaista sosiaalista roolia. Ammatillinen erikoistuminen on uskomattomalla tasolla.

Kompleksisuus on välttämätön seuraus edellämainitusta ongelmanratkaisusta. Ongelmien ratkaisu nimittäin kehittyy tietyllä kaavalla: ensin ratkaistaan helpoimmat ongelmat, jonka jälkeen siirrytään yhtä vaikeampiin. Jokainen ratkaisu kuitenkin jää ikään kuin kerrokseksi, jonka päälle seuraava rakentuu. Tällä tavalla kompleksisuus kasvaa kumulatiivisesti ja "salaa", kuten Tainter asian ilmaisee.  Tärkeä huomio on myös se, että kompleksisuus ei ole missään muodossa ilmaista: se maksaa aina jossain resurssissa. Yleensä tämä resurssi on energia, mutta se voi myös olla jokin muu resurssi, aika tai yksinkertainen vaivannäkö.

Kompleksisuus siis kehittyy ja kasvaa, mutta tämä kehitys vaatii enemmän ja enemmän uhrauksia. Byrokratia on eräs klassinen esimerkki kompleksisuuden kasvusta. Samoin entistä kalliimmat teknologia- tai infrastruktuurihankkeet. Tieteen kompleksifikaatio on tarkoittanut sitä, että vuosisadassa ollaan siirrytty yksittäisistä neroista, jotka tekivät löytönsä yksin tai erittäin pienissä ryhmissä ja hyvin alhaisilla panostuksilla. Nämä tiedemiehet saivat aikaan valtavia tuloksia pienillä panoksilla. Nykyaikana tiede ja tutkimus ei enää ole mahdollista yksittäisen ihmisen toimesta saati ilmaiseksi. Tiede on institutionalisoitunut: vaaditaan suuria resursseja, tiimejä, organisaatioita ja monimutkaista, kallista teknologiaa. 

Kompleksiset yhteiskunnat

Kompleksinen yhteiskunta on siis yksinkertaistettuna sellainen, jossa on useita sosiaalisia rooleja, eli ammatteja, jotka muodostavat erilaisia organisaatioita. Resurssien, pääomien, tavaroiden, palveluiden, informaation ja ihmisten liikkuminen on suurta ja nopeaa. Kompleksinen yhteiskunta ei ole mikään normaalitila ihmisen historiassa. Nykyiset yhteiskunnat ovat historiassa ja antropologiassa anomalioita, poikkeuksia historiassa, asia voi olla vaikea ymmärtää. Erityisen vaikeaa se on niille sukupolville, jotka ovat eläneet koko elämänsä kompleksisissa yhteiskunnissa. 1900-luvun alkupuolella syntyneet ovat nähneet huomattavasti vähemmän kompleksisen yhteiskunnan, mutta sekin oli jo poikkeuksellisen kompleksinen ihmisen lajihistorian mitassa. Yhteiskuntia alkoi esiintyä vasta maanviljelyn keksimisen jälkeen. Eli ne ovat täysin viimeisen 8000-10 000 vuoden aikainen ilmiö, ihmisen 200 000 - 2 miljoonan vuoden kehityskaaren aikana. Kompleksinen yhteiskunta ei ollut mahdollinen metsästäjä-keräilijä -elämäntavassa. Yksinkertaisesti tarvittavaa populaatiota riittävän pienellä alueella ei ollut mahdollista elättää tuolla liikkuvuuteen perustuneella elämäntavalla. Maanviljely muutti asian ja mahdollisti kompleksisten yhteiskuntien syntymisen.

Kompleksisten yhteiskuntien aikakaudella on kuitenkin erotettavissa kaksi vaihetta, jotka eroavat olennaisesti toisistaan. Ensimmäinen vaihe oli aikakausi ennen fossiilisia polttoaineita ja toinen niiden käytön aloittamisen jälkeen. Aiemmassa vaiheessa kompleksisuuden kustannukset olivat läsnä ihmisten arjessa. Nämä yhteiskunnat saivat energiansa maanviljelystä, joten yhteiskunnallisen kompleksisuuden kasvattaminen näkyi suuren talonpoikaisväestön elämässä kasvaneina veroina, eli he menettivät yhä suuremman osan sadoistaan valtiolle. Rooman valtakunnan valloitusvaiheen loputtua kalliin yhteiskuntarakenteen ylläpitoa jatkettiin kasvattamalla talonpoikien verotusta niin jopa niin pitkälle, että tiloilla alettiin kokea nälänhätää ja tiloja alettiin hylätä. Tainterin mukaan on olemassa todisteita, että monissa paikoin roomalaiset talonpojat ottivat barbaarit vastaan vapauttajina. Kompleksisen yhteiskunnan ylläpitäminen oli kääntynyt itseään vastaan.

Yhteiskuntien siirryttyä energiankäytössä fossiilisten polttoaineiden varaan yhteys kompleksisuuden kasvun ja kustannusten välillä on hämärtynyt. Yhteys on edelleen olemassa, mutta koska työstä suurimman osan tekevät koneet jotka käyttävät fossiilista energiaa, syntyy vaikutelma kuin kompleksisuus olisi ilmaista. Kompleksisuuden kulut näkyvät nykyisin lähinnä erilaisena vaivana ja ajan kuluna. Esimerkiksi syyskuun 2001 iskujen jälkeen kompleksisuutta kasvatettiin merkittävästi lentoliikenteen valvonnassa, jolla oli seurauksia matkustajille ylimääräisenä vaivana, toisaalta veronmaksajille kompleksisuuden kasvattaminen näkyy suoraa verojen kasvuna. Lopputuloksena siis ongelma (terrorismi) ratkaistiin kasvattamalla kompleksisuutta (valvonta) ja yhteiskunnalliseen kompleksisuuteen oli jälleen luotu uusi kerros lisää. Tällä tavalla kompleksiset yhteiskunnat näyttävät kehittyvän: inkrementaalisesti, ratkomalla ongelman kerta toisensa jälkeen kompleksisuutta lisäämällä, mutta kumulativiiset vaikutukset huomioimatta. Tainterin mukaan tämä on vaarallinen kehityskulku.

Tulevaisuus - mahdollisuuksia paeta Tainterin "ansasta"

Tietäen historiasta enemmän, näyttäytyy tulevaisuus hyvin erilaisena kuin aiemmin. Tainterin teorian valossa näyttää, että yhteiskunnallisen huomion tulisi keskittyä etenkin kahteen pääkohtaan 1) energiaan ja 2) ongelmanratkaisuun. Molemmat vaikuttavat toisiinsa. Energiapuoli voi ratkaista ongelmanratkaisun, mutta toisaalta liiallinen ongelmanratkaisusta syntyvä kompleksisuus ilman tarvittavaa energiapohjaa, johtaa ainakin Tainterin mukaan yhteiskunnan romahtamiseen. Tainterin teoria on kuitenkin murheellinen: joka jatkamme kompleksisuus-energia -spiraalissa, eli kasvatamme molempia ja jatkamme ongelmien ratkaisua, tai vaihtoehtona on romahdus. Tainter ei näe mitään yleisesti esitettyä keinoa, kuten kulutuksen passiivista vähentämistä tai säätelytaloutta ratkaisuna yhteiskunnan kestävyyden ylläpitoon. Hän tunnistaa historiastakin ainoastaan yhden esimerkkitapauksen, jossa yhteiskunta on yksinkertaistanut rakennettaan oma-aloitteisesti. Tämä yhteiskunta oli romahtaneesta Rooman valtakunnasta irtautunut itä-Rooma, eli Bysantti. Bysantti ei kuitenkaan yksinkertaistanut sosiaalista kompleksisuuttaan niistä syistä, joiden vuoksi nykyisten yhteiskuntien olisi ehkä tarpeen tehdä. Bysantilla ei ollut muita mahdollisuuksia kohdatessaan suuria vihollisvaltioiden paineita idästä ja painiessaan edelleen romahtaneen Rooman aiheuttamissa haastavissa oloissa.

Ongelmanratkaisun problematiikka on kuitenkin paljon monimutkaisempi kuin Tainter olettaa teoksissaan. Australialainen Samuel Alexander on kirjoittanut mainion esseen, jossa hän hyväksyy Tainterin teorian oikeellisuuden, mutta kyseenalaistaan ongelmanratkaisun osalta ongelmien määrittelyn. Hänen mukaansa ongelmien määrittely ei ole kulttuurin arvoista vapaata. Hän kutsuu Tainterin ajattelua traagiseksi. Länsimaisen kulttuurin ongelmien asettelu on kuitenkin poikkeuksellista, löydämme niitä kaikkialta ja pidämme ratkaisuja hyvinä huolimatta niiden kustannuksista. Lisäksi ongelmanratkaisumme on hyvin energiaintensiivistä. Kaikkia ongelmia ei toki voida sivuuttaa, vaikka suhtautumistapaa muutettaisiin: taudit ovat ongelma riippumatta kulttuurista, samoin toistuvat luonnonilmiöt. Mutta monet ongelmat ovat silti ratkaistavissa useammalla kuin yhdellä tavalla. Alexander mainitsee esimerkkeinä haitallisesta sosiaalisen kompleksisuuden kasvusta sotilasvarustelun, sekä markkinoinnin. Molemmat johtavat kilpaa pohjalle -tyyppiseen peliteoriasta tuttuun ilmiöön, jossa vastustaja seuraa usein perässä, tehden aiemmista investoinneista hyödyttömiä. Näissä nollasummapeleissä kompleksisuus ja sen kustannukset kasvat, ilman nettohyötyä yhteiskunnalle.

Alexander pitää vapaaehtoista yksinkertaistamista mahdollisena, mutta ei helposti toteutettavana. Eri tuotantoprosessien kompleksisuus on kasvanut energiaintensiivisillä tavoilla noudattaen polkuriippuvuutta. Globaali ruokatuotanto on  tällainen systeemi, jonka kompleksisuus ja energiaintensiivisyys on kehittynyt niin suureksi, että sen kustannukset ovat hyötyjä suuremmat. Supermarketeissa olevat tuotteet ovat eri tutkimusten mukaan matkanneet jopa kymmeniä tuhansia kilometrejä ennen päätymistään ostoskoriin. Lisäksi tuotteiden valmistus on vaatinut suurta resurssien syöttöä maatalouden, pakkausmateriaalien ja logistiikan osalta. Systeemi eittämättä toimii, mutta sen kestävyyteen poikkeusoloissa on kohdistettu jatkuvasti suurempaa kritiikkiä. Mikäli tuotantoa paikallistettaisiin ja systeemiä alettaisiin tarkkailemaan kulutuksensa osalta, joutuisimme kenties luopumaan jostakin eksoottisista tuotteista ja syömään ns. sesonkien mukaista ruokaa, mutta elintaso ei laskisi merkittävästi. Samalla kuitenkin massiiviseksi paisunut ja valtavasti resursseja kuluttava globaali systeemi yksinkertaistuisi ja kompleksisuuden kustannukset alentuisivat. Muita esimerkkejä Alexander esittää lääketeollisuudesta: suuri osa lääkkeistä parantaa oireita jotka syntyvät epäterveellisestä ravinnosta ja muista haitallisista elämäntavoista. Nämä oireet voitaisiin välttää puuttumalla ongelman perimmäiseen syyhyn. Ennen kaikkea Alexander kuitenkin korostaa esseessään jatkuvaa ongelmien uudelleentarkastelua. Saattaa olla, että Alexander on löytänyt aukon Tainterin muutoin melko aukottomasta teoriasta, mutta kuinka käyttökelpoinen se on jää nähtäväksi.

Lähteet

Alexander, Samuel (2012). ”Recilience Through Simplification: Revisiting Tainter’s Theory of Collapse.” Simplicity Institute Report 12h. Saatavissa: http://simplicityinstitute.org/wp-content/uploads/2011/04/ResilienceThro...

Tainter, Joseph A. (1988). Collapse of Complex Societies. Cambridge University Press.

Joseph tainter; The Collapse of complex Civilisations https://www.youtube.com/watch?v=GzuviYRse3E

Collapse of Complex Societies by Dr. Joseph Tainter.  https://www.youtube.com/watch?v=G0R09YzyuCI

Joseph Tainter: Energy Gain and Future Energy: Collapse of Sustainability
https://www.youtube.com/watch?v=RSXKjH_WjWo

Joseph Tainter - The Energy Crisis and the End of The Industrial Age https://www.youtube.com/watch?v=gBrYLJV9_N8

Will Our Society Survive Complexity? Dr. Joseph Tainter Interview | McAlvany Commentary 2014 https://www.youtube.com/watch?v=yvEjwAxHju0

Joseph Tainter Interview with Jim Puplava https://www.youtube.com/watch?v=wgOmijDrw7g

Fred Cottrell - Energy and Society OSA 3

Tässä kirjoitussarjassa jatketaan Fred Cottrellin loistavan teoksen Energia ja yhteiskunta purkamista suomen kielellä. Aiemmin käsiteltyjä aiheita: Energian perusteet, orgaaninen energia ja alhaisen energian yhteiskunta, epäorgaaniset energialähteet tuuli ja vesi, sekä purjehtiminen ja kaupankäynti. Historian kehityksessä on siis edetty 1700-lopulle ja teollisen vallankumouksen juurille. Silloin tapahtui toistaiseksi suurin muutos ihmisen historiassa, sillä siirryimme vähitellen käyttämään fossiilisia polttoaineita. Kaikki alkoi höyrykoneesta.

Höyrykone - avain teolliseen vallankumoukseen

Kivihiilen käyttöön ajauduttiin Britanniassa, koska sen metsät alkoivat ehtyä. Kivihiiltä alettiin louhimaan yhä syvemmältä, ja vesi alkoi olla ongelma, koska se virtasi alas kaivoksiin. Höyrykone syntyi alunperin tätä ongelmaa ratkaisemaan, siis poistamaan vettä kaivoksista. Hiljalleen se kuitenkin alkoi korvata hevosia ja ihmisiä eri tehtävissä, alkaen vetureista. Höyrykone tehosti laivojen toimintaa, koska sen ansiosta voitiin vähentää miestyövoimaa laivoilla ja satamissa. Lopulta höyrykone korvasi myös purjeet laivoissa. 

Siirtymä purjeista höyryyn meriliikenteessä oli hidas ja vailla dramatiikkaa. Purjelaivat käytettiin rauhassa käyttöikänsä loppuun, koska ne eivät olleet niin merkittävästi höyrylaivoja hitaampia. Sivilisaatio keskittyi entistä vahvemmin rannikoille ja joenvarsille. Mantereen sisäinen tieverkosto puuttui edelleen lähes kokonaan, tiet johtivat enemmänkin sisämaakaupungeista merelle tai joille. Satojen kilometrien matka oli energiatehokkaampaa kuljettaa vesitse, kuin muutaman kymmenen kilometrin matka mantereella. Höyrykone ja sen käyttämä energia noudatti samanlaista periaatetta, kuin orgaanistenkin energialähteiden kohdalla - mitä kauempana polttoaine on, sitä vähemmän ylijäämä energiaa tulee käyttöön. Tässä tultiinkin ensimmäiseen suureen ongelmaan, joka hidasti höyryvallankumousta. Nimittäin maailma oli rakennettu purjeiden ehdoilla - kaupungit ja satamat olivat kasvaneet hyvien reittien varrelle. Höyrylaiva tarvitsi kivihiiltä, mutta hiilikaivokset eivät usein sijainneet lähelläkään satamia. Koska junaliikennettä ei vielä ollut, täytyi kivihiiltä liikutella epätaloudellisesti kaivoksista ihmis- ja eläinenergian avulla satamiin. 

Veturi

Myös veturin pysäyttämiseen tarvitaan energiaa.
Gare Montparnassen  asemalla sattunut onnettomuus
1895 kuvastaa voimaa, joka höyryveturilla oli.

Veturi erosi höyrykoneesta luonnollisesti siinä, että se kykeni liikkumaan. Tosin vain raiteilla, ilman raiteita se oli täysin hyödytön. Se myös kantoi mukanaan energiaa, jolla se kykeni tekemään myös paluumatkan takaisin sinne mistä se alkuperäistä energiaansa sai. Se siis käytti osan energiastaan kuljettamaan energiaa mukanaan, mutta tämä osuus oli riittävän pieni kokonaiskulutuksesta. Lisäksi se kykeni tämän ylimääräisen kapasiteetin ansiosta siirtämään ruokaa toiseen suuntaan raidetta, ja kivihiiltä vastaavasti toiseen suuntaan. Tämä mahdollisti sen, että ihmiset pystyivät työskentelemään hiilikaivoksilla, etäällä maataloudesta. Veturi erosi aiemmista kuljetustavoista myös siinä, että myös sen pysäyttämiseen tarvittiin energiaa. Alkuaikoina tämä tarkoittikin sitä, että junakuljetus oli tehokkaimmillaan mitä vähemmän se pysähtyi.

Juna muutti maaseutua samalla tavoin, kuin purjeet olivat muuttaneet rannikoita tuhansia vuosia aiemmin. Vesistöjen puuttuessa maaseudun kylät olivat tarkkaan syntyneet niille alueilla joilla oli ylijäämätuotantoa, ja sellaisiin kohtiin, jossa ne olivat mahdollisimman suuren alueen ulottuvissa.  Junaraiteden ansiosta tuli kuitenkin edullisemmaksi matkustaa 50 mailin matka raiteilla, kun yli kymmenen mailin matka perinteisillä menetelmillä. Eri alojen asiantuntijat saattoivat kerätä raiteiden varrella asiakkaita 100 mailin säteeltä, siinä missä se eläimillä matkustettaessa yli 30 mailin päästä ei olisi ollut taloudellisesti mahdollista. Ei siis yllättävää, että mantereella näistä junan keskeisistä pysähdyspaikoista tuli keskittymiä, jotka kasvoivat kasvamistaan. Merkittävämpää, kuin veturin itsensä tuota energia olikin kenties sen kyky tuoda näille uusille alueille ylijäämiä rannikoilta.

Puu ja hiili polttoaineena

Höyrykone mahdollisti mekaanisen energian luomisen lähes mistä tahansa palavasta materiaalista. Koska puu tuottaa vähemmän kaloreita vuodessa per eekkeri, kuin esimerkiksi maissi, Cottrell laskee että hevonen (20 % kaloreista lämmöksi) oli tehokkaampi liikkumismuoto, kuin 2 %:n tehokkuudella toiminut alkeellinen veturi joka liikkui polttopuilla. Tämä perustui siis laskelmaan, että maissi tuottaa noin 20 miljoonaa kaloria per eekkeri per vuosi, kun metsänkasvu tuotti parhaimmillaankin 8 miljoonaa vastaavalta alueelta. Lisäksi puuta käytettiin jo alavilla mailla liikaa lämmitykseen ja metallien sulatukseen, joten ainoa alue jossa puulla toimiva veturi kykeni toimimaan oli syrjäinen metsäalue, josta voitiin kuljettaa jotakin arvokkaita mineraaleja kaupunkeihin. Puulla toimivat veturit eivät siis olleet kovin hyvin toimiva yhdistelmä, joten kivihiilen käyttöönotto oli luonnollinen seuraus. Kivihiili erosi kaikista aiemmista ihmisen käyttämistä polttoaineista. Sillä ei ollut mitään muita rajoitteita kuin se, kuinka tehokkaasti ja nopeasti ihminen kykeni sitä nostamaan maan kuoresta. Kivihiili on muinaista aurinkoenergiaa, joka on tiivistynyt maan kuoreen miljoonien vuosien aikana. 

Kivihiilen sisältämä energiamäärä oli ennennäkemätön. Cottrellin arvion mukaan 1 naula kivihiiltä, eli noin 0,45 kg, sisälsi energiaa noin 3500 kaloria, eli energiamäärän jonka ihminen tarvitsee ruokana päivässä. Kun keskimääräinen kaivosmies louhi noin 500 naulaa, tuotti hän siis 500 kertaisesti energiaa tuosta toimesta. Edes höyrykoneiden surkea tehokkuus alkuaikoina, ei haitannut tuon ylijäämäenergian edessä. Vain prosentin tehokkuudella höyrykone silti kykeni tuottamaan 26 miehen edestä työtä päivässä em. louhimistehokkuudella. Höyrykoneen tehostaminen vei luonnollisesti lukemat uusin sfääreihin, 2 % tehokkuudella höyrykone teki jo 53 miehen työn jne. Kun sitten höyrykoneiden avulla kyettiin korvaamaan työmiehet ja eläimet louhinnassa ylijäämien kehittyminen lähti omille teilleen. Siinä missä Englannissa kohdattiin tiettyjä sosiaalisia ongelmia, USA oli täysin optimaalisessa tilassa 1800-luvulla suhteessa kivihiilentuotantoon. Esiintymät olivat runsaita, joten monopolisointi nähtiin turhaksi (kuten esim purjelaivojen suhteen oli ollut), teknologiat saatiin suoraan Euroopasta, eikä vanhoja laitteita tarvinnut käyttää loppuun, kuten Euroopassa. Lisäksi kilpailijoiksi nousseet maakaasu ja öljy pitivät huolen siitä, että tuottavuuden per kaivosmies oli kasvettava jatkuvasti. 1972 yhtä kaivosmiestä kohden louhittiin 6,76 tonnia kivihiiltä per työpäivä.

Huomionarvoista on se, että 1800-luvulla rautateiden ilmestyessä ne eivät edelleenkään kyenneet kilpailemaan purjelaivoja vastaan. Kuten Cottrell laski aiemmin, purjelaiva tuotti noin 250x energiaylijäämän per mies, kun höyrykone veturin muodossa vain 26x per mies. Siksi siis logistiikkaverkosto kehittyi siten, että raiteet kuljettivat resursseja sisämaasta lähimpään satamaan, oli se sitten joen tai meren äärellä. Tällöin tapahtui myös muutos Britannian taloudessa. Se kykeni kivihiilen ja höyrykoneen, sekä purjelaivojen ansiosta keskittymään muihin kuin perinteisiin orgaanisen energian lähteisiin. Vapaa maailman laajuinen kauppa hyödytti brittejä, jotka pystyivät korkean energiankäytön yhteiskuntana tuottamaan teollisuustuotteita ja vaihtamaan niitä maataloustuotteisiin sekä puuvillaan. Cottrell huomioi, että britit eivät kunnolla ymmärtäneet muutosta suhteellisessa edussa, joka tapahtui kun höyrykone syrjäytti puuvillan ja maatalouden. Lopulta höyrylaivojen kehittyessä ne syrjäyttivät suorilla reiteillään ja varmuudellaan tuulien perusteella reittinsä valinneet purjelaivat. Tämä muutti eri satamien ja kauppareittien merkittävyyttä. Lisäksi siis rautateiden rakentaminen muutti perinteisten satamien asemaa, esimerkiksi Antwerpenin satama kärsi valtavasti siitä, että Saksa rakensi rautatiet omalle rannikolleen. 

USA, höyrykone ja uudet energiamuodot

Yhdysvallat oli todellinen koelaboratorio sille, millaisen sivilisaation höyrykoneen ja kivihiilen tuottamilla ylijäämillä pystyi luomaan. Teollistunut pohjoinen voitti sisällissodassa maatalouskeskeisen etelän. Höyrykoneen avulla uudisasukkaat valtasivat loputkin asuttamattomat alueet, ja pääsivät käsiksi koskemattomiin mineraalivarantoihin. Uudet kaupungit alkoivat syntyä paikkoihin, joissa ne eivät koskaan olisi voineet syntyä purjeiden ja orgaanisen energian avulla. Etenkin paikat, joissa junat vaihtoivat vaunuja ja vetureita muodostuivat sellaisiksi, joissa oli myös edullista purkaa sekä lastata tavaraa samalla. Vähitellen erilaista teollisuutta alkoi kasaantua lähelle näitä asemia, joka johti taas kevyemmän teollisuuden ja palveluiden tuloon. 

Höyrykoneen suurin haitta oli sen paino ja koko. Se rajoitti junan toimintamahdollisuuksia, mutta myös höyrykoneen käyttöä esimerkiksi maataloudessa. Uudet polttoaineet kuitenkin muuttivat jälleen maailmaa. Öljy ja maakaasu olivat käyttökelpoisempia pienempien laitteiden polttoaineena, kuin kivihiili. Öljy oli tunnettu jo kauan, mutta vasta 1800-luvulla sitä alettiin tuottaa teollisesti ja ensin lähinnä eräiden lamppujen polttoaineeksi. Myöhemmin siitä tuli keskeinen energialähde yhteiskunnalle. Cottrell kirjoittaa kirjassaan, ettei hän pysty enää laskemaan tarkkaa arviota siitä ylijäämäenergiasta, jonka yksittäinen öljymies tuotti työssään, mutta päätteli sen olevan suurempi, kuin kivihiilestä saatava. 

Öljyteollisuus houkutteli ihmisiä uusille alueilla, ja loi uusia kaupunkeja. Näille kaupungeille oli kuitenkin tyypillistä lyhytikäisyys, sillä kentät olivat usein pieniä ja ne pumpattii mahdollisimman nopeasti tyhjiksi verojen minimoimiseksi. Siksi usein rakennuksia ei edes voitu käyttää niiden käyttöiän loppuun. Lisäksi öljy ei sopinut hiilen korvikkeeksi esimerkiksi teräksensulatuksessa. Muun muassa näistä syistä Cottrell ei pitänyt öljyä kovinkaan hyvänä perustana sivilisaatiolle. Se vaikutti lyhytnäköiseltä resurssilta, kuten teollisuus sen ympärilläkin. Öljyn suuri etu olikin sen helppo ja halpa liikuteltavuus. Cottrell näki, että kivihiili tulisi tulevaisuudessa ottamaan takaisin pääpolttoaineen roolin öljyltä. 

Ydinvoima ei Cottrellin teoksen kirjoitusaikaan ollut saavuttanut hänen luottamustaan merkittävänä ylijäämäenergian tuottajana. Hän piti mahdottomina laskea ydinpolttoaineen valmistukseen käytettäviä energiamääriä, ja piti muitakin osa-alueita kuten voimalaa ja henkilöstön koulutusta erittäin kalliina. Sähköä voidaan tehdä joko edellämainituista energialähteistä, tai uusilla menetelmillä, kuten aurinkopaneeleilla. Sähkö on siis muunnettava jonkin muuntajan kautta, sitä ei esiinny sellaisenaan luonnossa, lukuunottamatta ukkosmyrskyjä. Cottrell piti mahdollisena, että paneeleiden avulla voitaisiin saavuttaa fotosynteesiä tehokkaampia tapoja kerätä auringonvalon energiaa.

Koska sähköä joudutaan muuntamaan, menetetään energiaa aiemmin mainitun termodynamiikan lakien mukaisesti. Miksi sitten tällaiseen prosessiin ylipäänsä ryhdytään? Vastaus on sähkön ominaisuuksissa, sitä nimittäin voidaan muuntaa takaisin lämmöksi, valoksi, ääneksi, röntgeniksi, infrapunaksi, tai lukemattomiksi muiksi aalloiksi, sekä vielä mekaaniseksi energiaksi. Se siirtyy hiljaa, nopeasti ja halvalla paikasta toiseen. Näiden etujen vuoksi sähkön muuntamisessa tapahtuvat tappiot ovat kestettävissä. Ainoa missä muuntoprosessi tuottaa tappiota on kun asuntoa lämmitetään sähköllä.

Korkeajänniteverkko

Sähkö mahdollisti sujuvamman junaliikenteen. Sen avulla päästiin eroon höyryveturin haitoista, kuten pitkistä pysäkkiväleistä ja vaunumääristä. Joukkoliikennettä voitiin kehittää sähköllä toimien lähijunien ja trollikkabussien tullessa käyttökelpoisiksi. Ihmiset pystyivät asumaan yhä kauempana tehtaista joissa työskentelivät. Asuinalueet alkoivat muodostua juna ja trollikkalinjojen ympärille. Vesivoiman käytön laajemmalla alueelle mahdollisti korkeajännitteen keksiminen. Vesivoiman tehokkuus saatiin jopa 90 % virtaavan veden energiasta, mutta Cottrell painottaa kustannuksia jotka syntyvät padon rakentamisesta ja eroosiosta, jota vesi aiheuttaa. Kuitenkin padot ovat suuri energiaylijäämän tuottaja. 

Polttomoottorin keksiminen oli jälleen uusi kehitysaskel ihmiskunnan historiassa, Siinä missä höyrykone perustui lämmön maksimoinnille, moottorissa lämpö piti minoida. Moottori oli höyrykonetta paljon tehokkaampi tapa muuntaa energiaa ihmiselle hyödylliseksi muodoksi, eli tässä tapauksessa mekaaniseksi energiaksi. Diesel-polttoaine nosti veturien tehokkuuden jopa 37 % energiasta, joka oli valtava etu höyrykoneen alle 10 % lukemiin verrattuna. Pienten koneiden ja ajoneuvojen käyttöönotto mullisti lopulta kaiken länsimaissa. Energia ja siten liikkuminen ei ollut enää suurten keskitettyjen ratkaisujen varassa. Samoin ihmisen kyky muokata ympäristöä kasvoi uusiin mittoihin, kun erilaiset koneet toimivat nyt polttomoottoreilla ja petrokemiallisilla tuotteilla.

Historialliset olosuhteet

Ihmisen kyky kontrolloida energiaa on myös vaikuttanut hänen kykyynsä estää tai edistää yhteiskunnallista muutosta. Tämän faktan ovat jättäneet huomioimatta monet ihmiset, jotka ovat yrittäneet selittää ihmiskunnan historiaa. He ovat ainoastaan käsitelleet inhimillisiä tekijöitä. 

- Fred Cottrell 

Länsimaissa ihmiset uskovat yleisesti, että tie parempaan tulevaisuuteen onnistuu länsimaisten arvojen ja toimintatapojen kautta. Cottrell ei kuitenkaan pidä todennäköisenä, että länsimainen korkean energian yhteiskunta olisi mahdollista kehittää kaikilla alueilla samanlaisen polun kautta, kuin USA:ssa tapahtui. Ekologiset, kulttuuriset ja demografiset erot vaikuttavat lopputulokseen. Progressioon uskovat ovat silti sitä mieltä, että siirtymä alhaisen energian yhteiskunnista korkeampiin on peruuttamaton osa kehitystä jolle ei ole loppua. Cottrell näkee, että historiaan vaikuttaa yhtäältä fyysiset olosuhteet, mutta myös ihmisen valinta. Ihmiset pyrkivät tavoitteisiinsa, mutta heidän täytyy usein uhrata arvojaan saavuttaakseen ne. Tällöin luontevasti ihminen uhraa mahdollisimman vähän arvojaan. 

Energian hinnan muutoksen merkittävyys syntyy siitä, että energia on osa kustannusta, jolla ylipäänsä saavutetaan mitään arvoa. Jopa unten näkeminen vaatii energiaa.

- Fred Cottrell 

Yksinkertaisimmillaan ajattelu on mennyt jopa niin, että on uskottu pelkästään sen riittävän että alhaisen energian yhteiskunnassa eläville toimitetaan korkean teknologian yhteiskunnan koneet ja laitteet, sekä polttoaineet niiden käyttöön. Käytännössähän kehitys ei yleensä tapahtu tällöinkään. Korkeampien energiavirtojen tavoittelu saattaa kuitenkin vaatia yhteiskunnalta liikaa uhrauksia sosiaalisen koheesion ylläpitämiseksi, joten kulttuuri saattaa estää siirtymän.

Pohjimmillaan olennaisin määräävä suhde yhteiskunnassa on ruoantuotannon ja väestön määrä. Yhteiskunnnan minimivaatimus ruokaenergialle on se, millä väestö pysyy hengissä. Tosin eliitti voi tietyissä tapauksissa säännellä ruokaa niin, että kaikki eivät sitä saa, mutta pidemmällä aikavälillä väestö asettuu ruokaenergian tuotannon mukaisesti. Cottrell näkee tällä ruoka-väestö suhteella olleen olennaisen vaikutuksen siihen, miten yhteiskunta siirtyi alhaisen energian yhteiskunnasta korkeaan. Esimerkiksi Euroopan suuret Englanti, Ranska ja Saksa siirtyivät korkean energian yhteiskunniksi vasta, kun ne pystyivät tuomaan maahansa ruokaa ulkomailta. Tämä oli niin sanottu valloitus ja laajentuminen -strategia, joka oli mahdollista maailmassa jossa oli tuntemattomia mantereita. Enää tuo sama strategia ei siis ole mahdollista. 

Maatalous muodostikin pitkälle 1900-luvulle saakka rajoitteen yhteiskunnan kehitykselle alhaisen energian käytöstä korkeaan. Nimittäin maatalous vaati edelleen suuren määrän työvoimaa, etenkin sadonkorjuun yhteydessä. Kyntö- ja kylvötöissä sen sijaan eläinten käyttäminen oli ollut pitkään mahdollista. Höyrykone ei auttanut maataloutta, sillä sen ongelma oli loppuun asti suuri paino. Suuri paino ei luonnollisesti mahdollistanut pehmeillä pelloilla toimimista. Ensimmäinen maailmansota toimi katalyyttina uusien keinojen keksimiseen, sillä suurin osa miespopulaatiosta oli armeijoissa. Traktori alkoikin korvata ensin eläimiä, ja myöhemmin myös korjuutöissä ihmisiä. Lopulta se kykeni korvaamaan ihmis- ja eläintyön kaikissa toimissa, lisäksi lannoitteiden ja suojamyrkkyjen levityksessä. Maatalous ei enää siis asettanut mitään selkeitä rajoja populaatiolle. 

Maataloudessa käytettävä energia kilpailee muiden energian käyttötapojen kanssa, joten siksi siihen halutaan investoida mahdollisimman vähän, mutta samalla saada mahdollisimman suuri tuotto. Tuotantoa voitiinkin kasvattaa kahdella tavalla: 1) joko lisäämällä peltomaata per maanviljelijä, tai 2) lisäämällä jo olemassa olevan peltomaan tuottavuutta. Yhdysvalloissa noudatettiin molempia periaatteita matkalla kohti teollista yhteiskuntaa. Kasvusuuntana oli länsi. Näillä ylijäämillä myös tuettiin Euroopan valtioiden kehitystä korkean energiankäytön yhteiskunniksi. 

Siirtolaisuuden vaikutus Yhdysvaltojen kehitykseen oli merkittävä. Euroopasta arvioidaan muuttaneen noin 60 miljoonaa siirtolaista Atlantin yli 1800-luvun aikana. Cottrell huomioi, että näillä siirtolaisilla oli korkean energian yhteiskunnissa vaadittavien laitteiden käyttökokemus, asenteet ja kulttuuri, joten heidän ansiostaan USA:n kehitys nopeasti korkean energian yhteiskunnaksi oli mahdollista. 

Länsi-Euroopan teollistuminen

Brittiläinen yhteiskunta oli siis ensimmäinen, joka siirtyi korkean energiankäytön yhteiskuntaan. Olennaisia tekijöitä olivat edellä mainitut ylijäämät ja niiden aktiiviseen vaihdantaan myönteisesti asennoituminen ja tätä tukeva kulttuuri. Maatalousyhteiskunta ajettiin surutta alas, ja maanviljelijät olivat mahdottoman tehtävän edessä taistellessaan muualta tulevaa edullista maatalousylijäämää vastaan. He ajautuivat työskentelemään uusissa tehtävissä esimerkiksi hiilikaivoksissa. Lisäksi maastamuutto oli Britannian kannalta hyödyllistä, sillä näin ensinnäkin vältettiin tilanne, jossa maatalousväen työttömyys olisi kasvanut uuden erikoistumiseen keskittyneen talousajattelun vuoksi aiheuttaen sosiaalista epävakautta ja vastustusta, sekä toiseksi siirtomaihin saatiin brittiläisiä, jotka levittivät vaihdannan kultuuria.

Saksa hyötyi asemastaan Britannian takana. Se missä Britannia toimi eräänlaisena koelaboratoriona uusille energian muuntajille (höyrykoneet) ja niiden edellyttämille sosiaalisille organisaatioille (yritykset), Saksa pystyi ottamaan edellämainitut käyttöön ilman "tutki ja hutki" -haittoja. Muutos ei kuitenkaan ollut helppo. Maanviljelijät eivät Saksassa ja Ranskassa luopuneet perinteisistä menetelmistään helpolla, ja ottaneet käyttöön uusia energian muuntajia. Erona oli maatilojen pieni koko, verrattuna siirtomaiden suuriin viljelmiin. Mantereen maatalous siis säilyi pitkään melko tehottomana, mutta tätä paikattiin kolonialisoiduista maista kuljetetuilla ylijäämillä.

Maatalouden tehostuttua, ja työnteon siirryttyä ihmisiltä koneille kohtasivat korkean energiankäytön yhteiskunnat uudenlaisen ongelman: maaseuduilta muuttavalle entisille talonpojille oli luotava työpaikkoja kaupungeissa, jotta he pystyivät tarjoamaan jotakin arvonlisäystä vastineiksi niille jotka jäivät edelleen viljelemään maata. Joissain maissa kuitenkin taisteltiin edelleen 1900-luvulla oman maatalouden puolesta mm. säätämällä tariffeja tuontiruoalle. 

Cottrell näki lopulta kaksi tapaa siirtyä alhaisen energian yhteiskunnasta korkeaan, ne olivat tietenkin kapitalismi ja kommunismi. Kapitalismia noudatti edellä kuvattu Britannian tapa. Neuvostoliitto ja Kiina taas toteuttivat siirtymää kommunismia käyttäen. Molempien ajatussuuntauksien selkärankana oli teollinen maataloustuotanto, josta saatavia valtavia ylijäämiä ne taas jakoivat täysin eri perustein, kuten tiedettyä. 

Lähde: Cleveland, C. (2009). Energy and Society: The Relationship Between Energy, Social Change, and Economic Development (e-book). Saatavissa: http://www.eoearth.org/view/article/152455

Seuraavassa osassa pureudutaan vielä syvemmälle teollistumiseen, maanviljelyyn ja niistä saatavien ylijäämien jakamiseen: http://akilleenkanta.blogspot.fi/2013/12/todellinen-klassikko-fred-cottrell.html

Fred Cottrell - Energy and Society OSA 2

Cottrell jatkaa energian ja yhteiskunnan tarkastelua epäorgaanisten energialähteiden, eli tuulen ja veden käsittelemisellä. Ihminen on kauan yrittänyt hyödyntää tehokkaasti veden ja tuulen energiaa, mutta ei aina niin menestyksekkäästi. Ongelmana on useimmiten ollut muuntajat, miten muuntaa veden ja tuulen energiaa ihmisille hyödyllisiksi muodoiksi? Tämä onnistui vesipyörän avulla tietyissä paikoin tukemaan jo olemassa ollutta maanviljelyä. Näiden paikkojen piti kuitenkin sijaita aivan virtojen äärellä, jotta niistä saatava energia voitiin hyödyntää voitollisesti. Tässä piili vesivoiman ydin - se on voimakas energialähde, mutta vain tarkoin rajatuille alueille. 

Vesi energialähteenä

Vesi toimii energiana myös silloin, kun se on osana jotain ihmisten luomaa systeemiä. Yleensä tämä systeemi on jonkinlainen talous tai vaihdantaverkosto, jossa toisilta alueilta tuodaan raaka-aineita ja vastineeksi tuo alue saa jotain toista hyötyä. Tässä kohtaa vesienergia asettaa kuitenkin rajotteita, sillä se toimii pelkästään yhteen suuntaan - alaspäin. Tällöin siis jotta vedestä on lopullista ylijäämäenergiaa systeemille, täytyy raskaiden ja jalostamattomien aineiden virrata jokea alas, ja kevyiden, jalostettujen jopa aineettomien hyödykkeiden taas palautua takaisin ylempänä juoksulla olevalle taholle. Yritän havainnollistaa esimerkkiä kuvassa 1. Mikäli saman verran tavaraa kuljetetaan takaisin yläjuoksulle, systeemi jää tappiolle energiataseessa. 

Kuva 1. Vesi energialähteenä kuljetuksessa

Se missä aiempi keskittyi joen tarjoamaan liike-energiaan, seuraavaksi on syytä selvittää miten ja millaista mekaanista energiaa se kykenee tuottaamaan ihmiselle. Joki on haasteellinen sen sisältämän potentiaalisen energian osalta, koska sen virtausnopeus vaihtelee (esim. Missisippi hyvin alhainen), ja kausittainen muutos on usein suuri. Toinen suuri ongelma liittyy vesi- ja tuulimyllyihin kuluvaan energiaan, sekä niiden kilpailukykyyn ihmistyötä vastaan. Peltojen täytyy tuottaa paljon viljaa, jotta sen jauhaminen myllyssä on energiataloudellisesti järkevää. Lisäksi aina mitä kauempana mylly sijaitsee pelloista, siis mitä pidempi matka viljaa joudutaan kuljettamaan edestakaisin, vähentää sen kannattavuutta. Useissa paikoissa keskiajalla myllyt eivät olleetkaan kannattavia energiataloudellisesti, vaan esimerkiksi lääninherra saattoi määrätä talonpojat käyttämään rakentamaansa myllyä, ja otti samalla heiltä korvauksen viljassa. Myllyt olivatkin joissain tapauksissa eliitin välineitä keskittää energiaa itselleen, ei muuntaa sitä lisää yhteiskunnan käyttöön. 

Tuulimyllyt

Tuuli syntyy maahan tulevan lämmön paikallisista eroista. Ongelmana on, että vaikka sen suunta ja alueellisuus on usein hyvin tunnettua, se vaihtelee ajankohdittain. Se ei siis ole yhtä jatkuvaa, kuin virtaava vesi. Toisaalta tuuli taas antaa enemmän liikkumatilaa sille, mihin ihminen haluaakin rakentaa tuulimyllyn. Tuulen avulla ei kuitenkaan saada kuin muuta kuin mekaanista energiaa, joten sen käyttömahdollisuudet ovat rajoitetut. Nykyisin tosin akut mahdollistavat energian varastoimisen, tämä siis erona vuoden 1955 tilanteeseen. Tuulimyllyt toimivat parhaiten, kun tuuli on tasaista: ei lopu kokonaan, mutta ei toisaalta hajoita rakennelmia. Tällaisia alueita ei ole liikaa maapallolla. Cottrell mainitsee tuulimyllyjen tuottaneen selkeää hyötyä ainakin Hollannin alamailla, USA:n länsirannikolla, sekä Karibian saarilla, mutta hänen mukaansa ne eivät aiheuttaneet merkittäviä yhteiskunnallisia muutoksia tai kehitystä ennen kuin sähköverkot, joiden materiaalien luomisessa käytetty energia tuli höyrykoneiden kautta, ilmestyivät. 

Purjehdus

Meret ja järvet ovat edullisia kuljetusväyliä ihmiselle. Mikäli ihminen käyttää omaa lihasenergiaansa liikkumiseen vedessä, on se alisteinen aiemmin esille tulleille rajoille kasvien ja eläinten kasvatuksessa. Purjeet muuttivat tämän kaavan ja olivat todellinen vallankumous kaikille vesien äärellä eläneille kansoille. Purjeen keksiminen avasi uuden ikkunan ihmisen historiassa - ensimmäistä kertaa ihminen sai käyttöönsä lähes loputtoman energian, joka ei ollut peräisin kasveista tai eläimistä, ei voitu käyttää loppuun, eikä riippunut millään tavalla populaation määrästä.

Aluksen optimaalinen koko riippui monista eri tekijöistä, kuten saatavilla olevista materiaaleista, rakennusteknologioista, lastista, lastaus ja purkutavoista, purjeiden noston nopeudesta ja koko aluksen käyttötarkoituksesta. Kaikki asettivat usein jotain rajoituksia sille, minkälainen alus voitiin rakentaa. Miehistön koko oli lisäksi yksi tekijä, joka taas vaihteli sen mukaan pitikö alusta välillä soutaa ja tuliko sen olla valmis taistelemaan lastinsa puolesta, kuten usein kävikin aikoina jolloin meret olivat valvomattomia. Egyptiläiset ja myöhemmin foinikialaiset rakensivat suurimmillaan 150 tonnin aluksia, jotka kykenivät 8 solmun nopeuteen. Cottrell laskee, että koska vastaava alus tarvitsisi 80 hevosvoiman moottorin, joten kun vähennetään tästä miehistön käyttämä energia, muunsi purjealus siis noin 47 hevosvoimatuntia (=35 kwh) per miehistön jäsen per päivä. Tällaisiin lukemiin ei oltu päästy missään mantereella kehitetyissä energiajärjestelmissä. 

Myöhemmin kreikkalaiset, roomalaiset ja norjalaiset kehittivät purjehdusta. Energiatehokkaimpia olivat roomalaisten 250 tonnin alukset, jotka vain 10-12 hengen miehistöllä kykenivät siis tuottamaan noin 240 hevosvoimatuntia (179 kwh) per miehistön jäsen per päivä. Mitä enemmän taisteluvalmiutta, sitä enemmän soutajia tarvittiin ja sitä pienemmäksi tuli aluksen energiatehokkuus. 1400-luvulle tultaessa alusten koko oli kasvanut jo 500 tonniin ja nopeus 10 solmuun, niiden siten toimien 250 hevosvoiman muuntimina. Itä-Intian kauppakomppanian alukset 1600 ja 1700 -luvuilla olivat jopa 1000 tonnisia ja kykenivät 10-11 solmun nopeuteen, tuottaen siten 500-750 hevosvoimaa.

Kuva 2. Ennätyksen rikkonut Lightning 

Purjeiden aika saavutti kliimaksinsa 1800-luvun alussa. Silloin niin sanotut klipperit (kuvassa 2) ylsivät energianäkökulmasta lukemiin jotka ovat edelleen tänä päivänä kunnioitettavia. Lightning -niminen kulki ennätykselliset 436 mailia 23,5 tunnissa (18,55 solmua) painaen 2084 tonnia. Klippereiden tiedetään yltäneen aina 22 solmun nopeuteen. Cottrell laskee, että Souvereign of the Seas -niminen klipperi, joka lähenteli myös nopeusennätyksiä, tuotti parhaimmillaan päivässä 287 miestyöpäivän edestä ylijäämäenergiaa per seilori. Siis laiva antoi yhteensä sen 105 hengen miehistölle käyttöön 30 135 energiaorjan voiman päivässä! Tämän jälkeen purjealusten kehitys päättyi, ja höyrykoneilla käyvät alukset tulivat kuvaan. Keskimäärin purjelaivat tuottivat 200-250 miehen työn per seilori, joka oli täysin ennennäkemätön energiahyötysuhde ihmiskunnan historiassa. Kaikki tämä siis tapahtui uusiutuvia luonnonvaroja käyttävässä maailmassa.

Purjehtiminen ja kaupankäynti

Kaikki kulttuurit eivät kuitenkaan ottaneet käyttöönsä epäorgaanisia energialähteitä tuulta ja vettä, vaikka olisivatkin olleet tietoisia niiden olemassaolosta. Monet jatkoivat edelleen eloa aurinko-kasvi-ihminen -energiamaailmassa. Cottrell näkee, että niillä kulttuureilla oli joitan ominaispiirteitä, jotka hylkäsivät tuon elämäntavan ja lähtivät valloittamaan uusia alueita. Kreikkalaiset ja foinikialaiset olivat aktiivisia merenkävijöitä ja kauppakansoja, mutta he kohtasivat suuria haasteita yrittäessään levittää vaihdantaansa vieraiden kulttuurien piiriin. Perinteiset kulttuurit eivät näet ajatelleet taloudellisesti, kuten esimerkiksi kreikkalaiset filosofit olivat alkaneet tehdä. Aristoteles määritti taloudellisen toiminnan sellaiseksi, jossa kukin pyrkii saamaan itselleen mahdollisimman paljon hyötyä ja menettää mahdollisimman vähän. Monet kulttuurit arvostivat kuitenkin paikallisia suhteita ja verkostoja enemmän, kuin pelkkää taloudellista hyötyä. Jokainen kulttuuri näytti ajautuvan jonkinlaiseen sisäiseen konfliktiin sen suhteen, pitäisikö sen alkaa käydä kauppaa, vai pitäytyä vanhoissa tavoissaan. 

Korkeamman energiankäytön yhteiskunnissa, siis niissä jotka implementoivat purjehtimisen, syntyi tarve erilaisille sosiaalisille instituutioille. Valtio, yritykset, markkinat, kirkko ja armeija kehittyivät kukin melko erillään toisistaan, ja olivat kaikki perheiden ja pienyhteisöjen yläpuolella arvohierarkiassa. Tämän vuoksi näissä yhteiskunnissa syntyi vähemmän vastustusta ja perinteissä kiinni pysymistä, kuin alhaisen energiankäytön yhteiskunnissa. Markkinat erottivat ihmiset ja ryhmät toisistaan, joten suora palauteyhteys, joka alhaisen energiankäytön yhteiskunnissa oli, katkesi.

Virtaavan veden ja purjeiden käytöstä seurannut kuljetuskustannusten alentuminen muutti maailmaa. Se avasi uusia markkinoita, kun tuotteita ei ollutkaan enää pakko käyttää siellä missä ne tuotettiin, vaan niitä voitiin melko edullisesti kuljettaa toisiin yhteiskuntiin. Tämän vuoksi yhteiskunnille tuli oleelliseksi arvioida ulkopuolelta tulevien tuotteiden vaikutus paikalliseen talouteen. Kaupankäynti ei kuitenkaan ollut pelkkää yksinkertaista kustannus-hyöty suhteen analysointia, vaan kävi ilmi että sillä oli paljon suurempia vaikutuksia yhteiskunnan toimintaan. Se loi erilaisia asetelmia, joissa yhteiskuntien piti melko aktiviisesti tarkkailla kustannuksia ja pitää huolta suhteistaan toisiin. Jotkut yhteiskunnat olivat väistämättä etulyöntiasemassa toisiin nähden, mutta jotta markkinat ja vaihdanta toimi, oli kaikkien osapuolien hyödyttävä siitä jotain.

Cottrell tunnistaa vaihdannan ja kaupankäynnin edellytyksiksi kolme perustekijää:

1) Alueiden väliset erot energiakustannuksissa - toisessa paikassa toisen tuottaminen on edullisempaa

2) Ylijäämien olemassaolo - ilman ylijäämiä ei ole mitään vaihdettavaa

2) Vaihdannan salliva kulttuuri - ylijäämiä halutaan vaihtaa, ei esimerkiksi uhrata jumalille

Purjeiden avulla vaihdannan mahdollisuudet moninkertaistuivat. Turkiksia, joita saatiin edullisemmin pohjoisilta alueilta oli mahdollista kuljettaa etelään, ja vastineeksi etelän paremmilta pelloilta oli mahdollista kuljettaa viljaa pohjoiseen. Samoin Aasiasta tuoduilla mausteilla, ja Euroopasta viedyllä puuvillalla sekä vaatteilla oli mahdollista käydä molempia hyödyttävää kauppaa. Kuitenkin vain merten, ja jokien varrella olevat alueet olivat osana tätä energiavallankumousta, mantereiden sisäosissa, kaukana joista sijatsevat alueet säilyivät pitkälti entisellään, sillä niiden ei ollut energiataloudellisesti kannattavaa osallistua vaihdantaan. 

Purjelaivat tarkoittivat myös valtaa niitä hallinneille. Ruudin keksimisen jälkeen laivoilla voitiin usein hallita laajoja alueita vesistöjen äärellä. Merten hallitseminen mahdollisimman tehokkaasti edellytti myös monopolin saavuttamista. Keinoina toimi antiikin aikana pelottavat tarinat mereltä, joita mm. foinikialaiset käyttivät, säilyttääkseen monopolinsa. Myöhemmin keksittiin omistusoikeudet laivoihin, jotka keskitettiin kruunulle tai yksittäisille suurille yrityksille, kuten Itä-Intian kauppakomppanialle. Merirosvous syntyi vastavoimaksi tälle monopolisoinnille. Roomalaiset kykenivät viemään huippuunsa purjeiden avulla saavutettavan hyödyn. He kontrolloivat koko Välimerta niin tehokkaasti, että merirosvous saatiin lähes loppumaan ja näin laivat kykenivät toimimaan maksimaalisella hyötysuhteella kun niitä ei tarvinnut aseistaa. 

Tiivistettynä, maailma jossa nyt elämme on pitkälti sellainen purjelaivojen, sekä Britannian saavuttaman merimonopolin ansiosta. Lopuksi lienee paikallaan lainata suoraa pätkä Cottrellia:

Merialukset mahdollistivat ja tekivät merkittäväksi, sekä hyväksytyksi rahan ja hintaan perustuvan vaihdannan. Purjelaivan avulla muutamat pienet Euroopan valtiot saavuttivat hallinnan kaupankäynnistä ja kehittivät vallan alistaa monin kerroin omia kansakuntiaan suuremmat alueet ja niiden väestön palvelemaan omia poliittisia ja taloudellisia etujaan. Laiva ei varmasti ollut ainoa selittävä tekijä sen suhteen, mitä sen kehittäneissä maissa tapahtui, mutta ei myöskään ole olemassa järkevää selitystä sille, miten sen kaltainen valta olisi saatu aikaan ilman purjeista saatavaa energiaa. Vasta nyt, kun maailma joka rakennettiin purjeista saadun voiman ja sen kontrollin varaan, on siirtymässä uusien voimanlähteiden piiriin, voimme havaita syitä molempiin, sekä länsimaiden valtakauden syntyyn, että sen loppuun.  

- Fred Cottrell

Lähde:

Cleveland, C. (2009). Energy and Society: The Relationship Between Energy, Social Change, and Economic Development (e-book). Saatavissa: http://www.eoearth.org/view/article/152455

Seuraavassa osassa vuorossa höyry ja teollinen vallankumous, sekä historialliset olosuhteet: http://akilleenkanta.blogspot.fi/2013/11/todellinen-klassikko-fred-cottrell_25.html

Kasvavat jännitteet pinnan alla - Kuinka yhteiskunnallinen maanjäristys syntyy?

"Syyskuu 11, 2001, ei ollut viimeinen kerta, kun kävelemme pois kaupungeistamme." 

Tämä ja muut lainaukset kirjoituksessa ovat Thomas Homer-Dixonin kirjasta The Upside of Down

Maanjäristystä edeltää mannerlaattojen väliin syntyvä paine, joka sitten purkautuu äkisti. Samanlaisesta ilmiöstä on kyse myös ihmisyhteiskuntien kohtaamissa ongelmissa. Monet ongelmistamme kerääntyvät hitaasti mutta varmasti taustalla, enemmistön edes huomaamatta kehityskulkua. Homer-Dixonin mainitsemat viisi tällaista ns. tektonista stressiä ovat:

1) Väestönkasvun jännite - erityisesti rikkaiden ja köyhien maiden päinvastainen demografinen kehitys

Väestö kasvaa kehittyvissä maissa, samalla kun teollistuneiden maiden väestönkasvu on pysähtynyt ja kääntyy laskuun seuraavien vuosikymmenten aikana. Siinä missä rikkaat maat tarvitsevat kyllä siirtolaisuutta työvoimaksi, eivät ne voi kuitenkaan lieventää väestönkasvun luomaa painetta köyhissä maissa, kuin marginaalisesti. Lisäksi tilanne on täysin uusi maailmanhistoriassa, kun Euroopan väestö kasvoi nopeasti 1800- ja 1900-luvun alussa, työttömät tai maata omistamattomat ihmiset muuttivat Amerikkaan, Austraaliaan, tai siirtomaihin Aasiassa ja Afrikassa. Tänä päivänä samanlaiset pakoreitit eivät ole enää mahdollisia. Missään planeetallamme ei ole enää laajoja asumattomia alueita, ja siten hyvää maata kolonialisaatiolle, joten maahanmuuttajavastaiset asenteet kasvattavat suosiotaan kaikkialla.

Väestönkasvu lisää muuttopainetta kohti pohjoista pallonpuoliskoa ja Australiaa.

Paine rajaseuduilla tulee kasvamaan entisestään, jo nyt USA:n ja Etelä-Euroopan valtiot ovat menettämässä otteen rajoillaan. Yhdysvallat ei enää kyennyt tilkitsemään eteläistä rajaansa perinteisillä keinoilla, joten muurien rakentaminen aloitettiin. Etelä-Euroopan mailla ei ole vastaavaa mahdollisuutta, sillä raja on meressä jonka yli siirtolaiset pääsevät mitä erilaisimmilla kelluvilla aluksillaan. Tilannetta hankaloittaa näiden maiden taloudellinen tilanne, joka on katastrofin partaalla. 

2) Energian jännite - etenkin tavanomaisen maaöljyn ehtyminen

"Ilman öljyä, yhteiskuntamme kuten ne ovat nyt rakennettu, eivät kykene toimimaan."

Energia on ns. master resource, eli enemmän kuin pelkkä tavallinen resurssi. Sillä on kahdet kasvot, joista useimmat näkevät vain toiset, nimittäin polttoaineen. Energialla on kuitenkin paljon suurempi rooli; sen avulla ylläpidämme yhteiskuntiemme kompleksisuuden. Ilman suuria määriä hyvälaatuista energiaa, eläisimme edelleen maatalousyhteiskunnissa, tai pelkästään metsästäjä-keräilijöinä. Öljyn aikakausi on ihmiskunnan energiankäytön viimeisin vaihe, se alkoi kehityksenä vasta 1859, kun ensimmäinen kaupalliseen käyttöön tarkoitettu poraus onnistui Pennsylvaaniassa USA:ssa. Olemme siirtyneet puun ja virtaavan veden, jotka ovat melko tuoretta auringon tuottamaa energiaa (puu kasvaa kymmeniä, ehkä satoja vuosia, virtaava vesi päätyy jokiin hydrologisen kierron kautta) käytöstä muotoihin, jotka ovat paljon, valtavan paljon kaukaisemman aikajakson tuotoksia. Näitä energiamuotoja kutsutaan nimellä fossiiliset polttoaineet. Ihmiskunta käyttää näitä polttoaineita valtavalla nopeudella. Joka vuosi poltetaan arviolta 400 vuoden edestä biosfräärin tuotantoa, tämä on mahdollista vain koska fossiilisiin polttoaineisiin on varastoituneena biosfäärin jalostamaa energiaa miljoonien vuosien ajalta. 

"Yksinkertaisesti ilmaistuna öljyhuipulla on "seismisiä" vaikutuksia koko maailmaan. Se järisyttää maata allamme." 

Fossiilisten polttoaineiden hyödyntäminen noudattaa paikallisesti ja alueellisesti kellokäyrää, eli tuotanto alkaa hitaasti, saavuttaa lakipisteensä ja laskee takaisin alkupisteeseen. Tähän asti olemme kyenneet kompensoimaan alueellisia öljyhuippuja ottamalla käyttöön uusia tuotantoalueita, mutta jos paikallisesti ja alueellisesti on saavutettu huippuja, myös maailmanlaajuisesti tullaan saavuttamaan huippu. Tämä on asia, joka ei valitettavasti ole läheskään kaikille korkeassakin asemassa oleville ihmisille selvä asia. Tällä hetkellä näyttää siltä, että maaöljyn maailmanlaajuinen tuotantohuippu ajoittui vuosien 2004 ja 2005 välille. Sen jälkeen tuotantoa ei ole onnistuttu enää kasvattamaan. Tällä on ollut tuhoisat vaikutukset öljyn hintaan ja talouskasvuun. 

3) Ympäristöongelmien jännite - maan, veden, metsien ja kalakantojen pahentuvat vauriot

"Toisin kuin roomalaiset rakentaessaan Colosseumia eivät tienneet rakentavansa sen maanjäristyksille herkälle maa-ainekselle, San Bernandinolaiset tiesivät alueensa vaarallisuuden maastopalojen osalta. Missä vaiheessa, mietin, uhmakkuus muuttuu tosiasioiden kieltämiseksi?"

Ympäristöongelmien suhteen kaikenlainen denialismi on kiehtovaa. Kuulemme mielellämme tutkimuksia siitä, miten esimerkiksi ilmastonmuutos ei ole totta. Kuitenkin, kun todistusaineisto kasvaa, denialistit joutuvat käyttämään yhä enemmän keinoja ongelman kieltämiseen, viimeisenä keinona fatalistinen denialismi, eli "se on totta, mutta emme voi asialle enää mitään, joten jatketaan kuten ennen". Toinen suuresti hämäävä asia on se, että rikkaat teollisuusmaat ovat ulkoistaneet likaisen tuotannon köyhimpiin kehitysmaihin. Pidämme tuotteista, mutta emme niiden valmistuksen aiheuttamista saasteista.

Eräs vähemmän esillä ollut kehityskulku on jäätiköiden kutistuminen, ei napa-alueilla vaan suurissa vuoristoissa kuten Kalliovuorilla, Himalajalla ja Alpeilla. Näiden jäätiköiden sulamisvesistä saa alkunsa moni maailman suurimmista joista, jotka sitten virtaavat alaville maille ja lopulta mereen. Joet kuten Colorado, Ganges, Brahmaputra, Keltainen joki ja Jangtze ovat jo nyt niin suuressa käytössä, että mereen asti päätyy vain vähän alkuperäisestä vesimäärästä. Kun jäätiköt, joista nämä joet saavat voimansa kutistuvat pois seuraa valtava vesikriisi.

4) Ilmaston jännite - muutokset ilmastossa

Ilmastonmuutoksesta on olemassa erilaisia mielipiteitä, mutta tiedeyhteisön konsensus on sen takana, että ilmasto todellakin lämpenee ennennäkemätöntä tahtia ja syy siihen on kasvava hiilidioksidin määrä ilmakehässä. Ilmastonmuutos johtaa todennäköisesti yhä useampiin epätavallisiin sääilmiöihin, ja noiden ilmiöiden voimistumiseen entisestään. Kohtalon ivaa on se, että ilmastonmuutos näyttäisi vaikuttavan kaikista haitallisimmin niihin, jotka jo nyt elävät äärimmäisessä köyhyydessä. Maailman suurimmat kaupungit sijaitsevat lähes poikkeuksetta rannikkoalueilla, joten nopea merenpinnan nouseminen tulee aiheuttamaan valtavia kustannuksia, mikäli nuo kaupungit halutaan pitää elinkelpoisina, joka sekin voi lopulta osoittautua mahdottomaksi tehtäväksi. Toiseksi vaikutukset maanviljelyyn voivat olla tuhoisat. Ei pelkästään nousevien lämpötilojen vuoksi, vaan myös siksi että trooppisen alueen hyönteislajit pystyvät levittäytymään yhä kauemmas päiväntasaajalta, ja alueille joissa niillä ei ole luontaisia vihollisia. Massiiviset muuttoaallot ovat hyvin todennäköinen seuraus ilmastonmuutoksen kehittyessä. 

5) Talousjärjestelmien jännite - epätasapaino globaalissa taloudessa, ja kasvavat tuloerot

Globaali talousjärjestelmä on osoittautunut hyvin epävakaaksi, vaikka se on samalla tuonut etenkin länsimaille suurta hyötyä. Äärimmilleen viety hektisyys ja sen aiheuttama hermostuminen on tunnuksenomaista markkinoille, paniikki leviää sekunteissa ja aiheuttaa tuhoisia vaikutuksia ympäri maapalloa. Samoin on käynyt työmarkkinoille, työsuhteet ovat muuttuneet elinikäisistä muutamien vuosien jopa vain viikkojen mittaisiksi. Tuottavuudella, joka on etenkin länsimaissa nostettu jalustalle on positiivisten vaikutusten lisäksi paljon negatiivisia sosiaalisia vaikutuksia. Työmarkkinat polarisoituvat huippuosaajiin, jotka pystyvät automaation avulla huippuunsa viedyn tuottavuuden avulla rikastumaan, mutta toisaalta alati kasvavaan joukkoon ihmisiä, joiden osaamisen tuottavuuden kasvu tai automaatio on tehnyt tarpeettomaksi. Kaikki eivät kuitenkaan voi olla business analyytikkoja, ohjelmoijia tai suunnittelijoita. Tuottavuuden kasvun hyödyt eivät jakaudu tasaisesti. 

Kertoimet (X)

Tämä ei vielä riitä, nimittäin näillä jännitteillä on lisäksi kertojia, jotka pahentavat niiden mahdollisia vaikutuksia. Kertoimia ovat:

A) Yhteiskuntien, teknologioiden ja hankkeiden kasvava nopeus sekä globaali verkottuminen

Scale free -verkkorakenteen vuoksi suurimmasta osasta järjestelmiämme, puhuttiin sitten taloudesta, ruokahuollosta tai internetistä on tullut erityisen haavoittuvaisia. Scale free -rakenne tarkoittaa sitä, että osa verkoston solmukohdista on ns. hubeja, eli yhteydessä suureen määrään toisia solmuja. Tällöin tiettyjen hubien kaataminen saa aikaan koko verkoston lamaantumisen. Vaara ei ole yhtä suuri random verkostoissa, jossa jokaisella solmulla on suunnilleen yhtä paljon yhteyksiä toisiin solmuihin. 

B) Pienten ryhmien kasvava kyky aiheuttaa suurta tuhoa

Koskaan aiemmin historiassa ei pieni ryhmä ihmisiä ole kyennyt tuhoamaan kokonaista kaupunkia. Terrorismin valvonta on loputon taistelu, ja sitä tuskin koskaan voidaan estää kokonaan, mikäli kansalaisten vapaus toteutuu edes osittain, ts. emme elä täydellisessä valvontavaltiossa. Lisäksi terrorismin potentiaaliset tuhoisat vaikutukset ovat kasvaneet edellä mainitun scale free -verkkorakenteen vuoksi. 

Lopputulos

Olemme historiallisessa tilanteessa, koskaan aiemmin yhteiskuntamme eivät ole olleet näin kompleksisia ja yhteenverkottuneita. Taustalla piilevät tektoniset stressit, kuten Homer-Dixon niitä nimittää, ovat kuitenkin hiljalleen kasvattaneet painettaan pinnan alla. Väestönkasvun aiheuttamat ongelmat on voinut jokainen nähdä Arabikevään aiheuttamissa levottomuuksissa, energiajännitteen taas esimerkiksi Deepwater Horizon -lautan onnettomuudessa, ympäristöongelmat taas Kiinan suurkaupungeissa valtavina sumupilvinä, ilmastonmuutos joka on vaikeimmin havaittavissa voinee huomata lähinnä tutkimustuloksia seuraamalla, mutta viimeisin eli talousjärjestelmän jännite on näistä kaikista käsinkosketeltavin. Mitä pidemmälle venytämme nykyistä tapaamme elää, sitä suuremmaksi nämä jännitteet tulevat kasvamaan ja sitä suurempi tulee niiden aiheuttama tuhovaikutus olemaan. Siksi yhteiskunnalliseen maanjäristykseen on syytä varautua. Maanjäristyksen jälkeen voimme parhaimmassa tapauksessa jopa rakentaa paremman maailman, kuin edeltävä oli. 

Teksti perustuu Thomas Homer-Dixonin teokseen The Upside of Down - Catastrophe, Creativity, and The Renewal of Civilization

http://www.theupsideofdown.com/

http://www.amazon.com/The-Upside-Down-Catastrophe-Civilization/dp/1597260657

Meksikonlahdelta Talvivaaraan - Kurkistus ympäristökatastrofien taustalle

Saamme valitettavasti lukea erilaisista ihmisen toiminnasta johtuvista ympäristökatastrofeista tuon tuosta. Eniten keskustelua herättäneitä lienevät viime vuosina olleet Talvivaaran kaivoksen jatkuvat ongelmat ja Deepwater Horizon -öljylautan onnettomuus Meksikonlahdella 2010. Realisoituessaan nämä katastrofit yllättävät aina niin tavalliset ihmiset, että teknologioista vastuussa olevat insinöörit ja yritysten johtoportaan. Vastaus samanlaisten tapahtumien estämiseen tulevaisuudessa on lähes aina prosessien kompleksisuuden lisääminen teknologian, byrokratian ja valvonnan muodossa. Tämä on luonnollinen reaktio; meillä on ongelma, joten se täytyy ratkaista. Näiden ikävien tapahtumien taustalla on kuitenkin käynnissä paljon suurempia kehityskulkuja, joiden tarkastelu jää yleisessä keskustelussa usein huomaamatta.

 

On oleellista ymmärtää näiden onnettomuuksien takana olevia kehityskulkuja, ja sen takia täytyy ensin yrittää selvittää miten ylipäänsä päädyimme poraamaan öljyä Meksikonlahdella noin neljän kilometrin paksuisen kallion läpi, lautalta joka kellui puolentoista kilometrin syvyisessä meressä. Tai miksi Talvivaaran maaperästä louhitaan kiviainesta, jonka pitoisuudet ovat nikkelin osalta 0,23%, sinkin 0,50 %, koboltin 0,02 % ja kuparin 0,13 %. Ihmiset hyödyntävät maapallon resursseja noudattaen muutamaa perusperiaatetta, joista seuraavaksi kaksi olennaisinta.

Alimman hedelmän periaate - helpoin ensin

Humans use high quality, low cost resources before low quality, high cost resources. 

- David Ricardo

Kuuluisa taloustieteilijä Ricardo laittoi ylläolevassa sitaatissa sanoiksi sen, minkä luultavasti jokainen ymmärtää ilman kertomistakin: ihmisillä on tapana käyttää ensin parhaimmat esiintymät, oli kyse sitten viljelymaista, kalastusvesistä, virtaavasta vedestä, metalliesiintymistä tai öljystä. Kun laadukkaat ja edulliset esiintymät on otettu käyttöön tai kulutettu loppuun, siirrymme hyödyntämään heikompilaatuisia.

Lähde: Our Finite World

Esimerkiksi öljyteollisuudessa ollaan reilun sadan vuoden aikana siirrytty Spindletopin kukkulalta 1904, jossa porattaessa noin 347 metrin syvyyteen oli tuloksena viisi päivää kestänyt hallitsematon öljysuihku noin 100 000 barrelin päivätahdilla, Meksikonlahdelle jossa Shellin Perdido -öljynporauslautta poraa tällä hetkellä noin 2,5 kilometrin syvyydessä. Sen rakennuskustannukset nousivat noin 3 miljardiin dollariin. Spindletopin tornin kustannuksista en löytänyt tietoa, mutta jokainen voi arvioida alla olevasta kuvasta, että kovin monimutkaisesta rakennelmasta ei ollut kysymys.

Spindletop

Nämä ovat toki ääripäitä, mutta kertovat karua tarinaa siitä trendistä, joka on ollut käynnissä aina fossiilisten polttoaineiden hyödyntämisen alkamisesta lähtien. Öljy ei enää suihkua maan alta, lähellä sitä käyttäviä ihmisiä - sen vuoksi täytyy investoida valtavia summia ja mennä paikkoihin, jotka ovat jopa ulkoavaruutta haasteellisempia toimintaympäristöjä.

Perdido

The bad news is that the depletion of fossil fuels has been occurring since the first ton of coal or barrel of oil was mined, since these fuels need about 100 or so million years to regenerate.

-Hall, Murphy & Balogh

Kaivosteollisuus on noudattanut samanlaista kehityskaarta, muinaisina aikoina lähellä maan pintaa olleita esiintymiä oli mahdollista hyödyntää orjatyövoiman avulla, tänä päivänä siirrämme kokonaisia vuoria päästäksemme käsiksi esiintymiin, jotka ovat mineraalipitoisuuksiltaan ehkä pronsentin luokkaa, mahdollisesti jopa vähemmän. Otetaan jälleen kärjistävä esimerkki: ehkä suurin koskaan löydetty "kuparinugetti" löydettiin Alaskasta 1909. Se painoi noin 2700 kilogrammaa. Vertauksena Talvivaaran kaivoksen esiintymän kuparipitoisuus on siis noin 0,13 %. Tämä tarkoittaisi noin 2 100 000 kilon kivimassan louhimista. Kaivoskuorma-autot (alla kuvassa) kuljettavat Talvivaarassa noin 130 000 kilon kuormaa. Vaadittaisiin siis teoriassa 16 autolastia kuljettamaan aiemmin mainittu kivimassa louhoksesta jalostamoon. Lisäksi tietenkin kaivoksen rakentamiskulut, mineraalien erotus kivimassasta ja kemikaalit plus muut kulut. Ai niin, ja nuo autot kuluttavat 63 litraa polttoainetta tunnissa pelkästään ollessaan tyhjäkäynnissä.

Resource-extraction sectors of the economy such as mining, fishing, and forestry have an escalating energy demand as poorer, lower-quality, and more remote resources are exploited. Mining and metal processing currently use about 10% of the world energy supply. This energy use is expanding rapidly as lower-quality ore bodies are mined to meet growth in demand and depletion of better-quality ores.

- David Holmgren

Talvivaaran esiintymää alettiin siis hyödyntää vasta 2000-luvulla. Tätä ennen se ei luonnollisesti kiinnostanut, koska parempia esiintymiä oli muualla. Talvivaaran tuotannosta tekee taloudellisesti kannattavan käytössä oleva bioliuotus, jonka kerrotaan säästävän energiaa perinteiseen prosessointiin verrattuna. Kuitenkin Talvivaaran tuotantoprosessi vaatii paljon erilaisten kemikaalien ja veden käyttöä.

Lähde: Talvivaara

Tästä kaivoksen ympäristöongelmat ovatkin johtuneet. Prosessissa käytettyä vettä säilötään satojen metrien pituisissa ja levyisissä kipsisakka-altaissa, jotka ovat ensinnäkin rakennettu välttävästi ja toiseksi ilmeisesti aivan liian pieniä säilömään kaikkea saastunutta vettä. Talvivaaran kaivos toimii kuitenkin suhteellisen pienillä taloudellisilla marginaaleilla, joten lienee selvää että yhtiöllä ei ole intressiä investoida altaiden kokoon tai perusteisiin vaadittua enempää pääomia. Mikäli Talvivaara olisi investoinut enemmän näihin kohteisiin, olisi sen taloudellinen kannattavuus jäänyt entistä pienemmäksi. Ehkä olemme jo lähellä pistettä, jossa kaivosteollisuus ei kykene sekä toimimaan ympäristön kannalta turvallisesti ja samaan aikaan taloudellisesti kannattavasti? Tässä tapauksessa meidän täytyy joko hyväksyä ympäristöriskit, tai luopua kaivosteollisuudesta Suomessa. Molempiin ei välttämättä ole todellisuudessa varaa, vaikka tietysti poliitikkojen mielestä nämä asiat ovat yhteensovitettavissa.

Kipsisakka-altaat, lähde Yle.fi

Yhteiskunnan sosiaalinen ja teknologinen kompleksisuus

Kompleksisuus on yleinen nimitys eri osista koostuvalle kokonaisuudelle, systeemille. Kompleksisuuden eri lajeista, tässä kirjoituksessa keskitytään yhteiskunnalliseen ja jossain määrin teknologiseen. Yhteiskunnallinen tai kulttuurillinen kompleksisuus vaatii kaksi piirrettä, jotka ovat 1) osien rakenteellinen eroavaisuus ja 2) organisaatio, joka sitoo eri osat yhteen. On tärkeä huomata, että vain toisen toteutuessa ei kyse ole kompleksisesta järjestelmästä. Esimerkiksi toisessa maailmansodassa USA:n joukot tekivät maihinnousun Marokkoon, jonka yhteydessä maihin tuotiin noin 500 000 eri "palasesta" (sotilaat, aseet, välineet, kulkuneuvot jne.) koostuva armeija. 

Kuitenkin alusten saapuessa rantaan palaset purettiin kaaoksen keskellä, jolloin esimerkiksi aseet, ammukset ja ampujat eivät tulleet oikeassa järjestyksessä maihin. Tämä johti tarpeettomiin tappioihin ja siihen, että lopulta koko tavaramäärä oli purettava maihin, ennen kuin armeija kykeni toimimaan suunnitellusti. Kyseessä oli siis rakenteellisesti valtava määrä erilaisia kappaleita, mutta kunnollisen organisaation puuttuessa se ei ollut varsinaisesti kompleksinen järjestelmä. Vastaavasti Pekingin Olympialaisten avajaisissa 2008, saatiin todistaa tuhansien rumpaleiden seremonia, jossa kaikki soittivat mahtavalla tavalla yhdessä samalla tavalla. Tässä tapauksessa kuitenkin vain organisoinnin taso oli korkea, rakenteellista eroavaisuutta ei ollut lainkaan. 

Kompleksisuus on pohjimmiltaan yhteiskunnallinen ongelmanratkaisutyökalu. Ratkaisemme yhteiskuntamme sosiaalisia ja materiaalisia ongelmia lisäämällä kompleksisuutta byrokratian ja teknologian muodoissa. Tämä tapahtuu usein tiedostamatta, mutta kun asiaa miettii ymmärtää taustalla piilevän logiikan.

Energia-kompleksisuus spiraali

Ekosysteemeissä ei ole pysyvästi ylijäämäenergiaa; jos sellaista on, niin jokin laji, lajit tai uusi laji alkaa käyttämään sitä. Eli jos ekosysteemiin lisätään energiaa, se muuttuu kompleksisemmaksi (enemmän lajeja tai yksilöitä). Käytännössä tämän voi ymmärtää vertaamalla Amazonin sademetsien ekosysteemin monimuotoisuutta suomalaisen metsän vastaavaan. Ihmisyhteiskunnat eivät eroa luonnon ekosysteemeistä; kun niillä on käytössään enemmän energiaa, ne muuttuvat kompleksisimmiksi. Käytännössä tämä tarkoittaa teknologioiden, viihteen, instituutioiden ja sosiaalisten roolien lisääntymistä ja kasvamista.

Koska kompleksisuus ja energia ovat olennaisesti yhteydessä toisiinsa, vallitsee niiden välillä riippuvuussuhde. Kompleksisuus on riippuvaista energiasta, mutta helpoin ensin -periaatteen vuoksi meidän on hyödynnettävä entistä heikompilaatuisia esiintymiä uusiutumattomista resursseista, joten käytämme lisäkompleksisuutta pystyäksemme hyödyntämään noita resursseja. Kompleksisuus voi kasvaa jo ennen kuin meillä on energiaa sen ylläpitämiseen, joka johtaa siihen, että meidän on hyödynnettävä taas vaikempia öljy-, kivihiili- ja maakaasuesiintymiä pysyäksemme mukana spiraalissa. Toisinaan taas kasvanut energiamäärä kannustaa meitä kompleksisuuden kasvattamiseen. Kompleksisuus ja energiankäyttö kasvavat siis käsi kädessä. 

                       

Olemme eläneet tässä spiraalissa fossiilisten polttoaineiden hyödyntämisen alkamisesta, eli teollisen vallankumouksen alusta alkaen viimeiset 200 vuotta. Tähän asti olemme onnistuneet kompleksisuuden avulla hyödyntämään yhä uusia esiintymiä, mutta samalla on myös kasvanut tuon kompleksisuuden ylläpitämiseen vaadittava energia. Pääenergianlähteemme ja muut raaka-aineet ovat kuitenkin muuttumassa jatkuvasti kalliimmiksi, joten tarvitsemme yhä suurempaa kompleksisuutta ratkaisemaan uusia ongelmia. Spiraalista ei näytä olevan ulospääsyä. Jos haluamme edelleen hyödyntää maapallon jäljellä olevia esiintymiä, jotka sijaitsevat pääasiassa napa-alueilla ja syvällä valtamerten pohjassa, meidän on edelleen investoitava yhä enemmän teknologiseen kehitykseen.

Normaalit onnettomuudet

Termi normaali onnettomuus voi kuulostaa ironiselta. Se on kuitenkin synonyymi väistämättömälle onnettomuudelle. Näiden todennäköisyys kasvaa, kun järjestelmien kompleksisuus kasvaa. Enemmän erilaisia osia johtaa siihen, että joidenkin osien yhteisvaikutuksesta tulee ennakoimattomampaa. Insinöörit pyrkivät välttämään tätä lisäämällä yhä edelleen systeemin kompleksisuutta, joka yhä edelleen tekee siitä monimutkaisemman. Normaaleita onnettomuuksia voidaan siis myös kutsua mustiksi joutseniksi, Nassim Talebin kehittämän metaforan mukaisesti. Ne ovat jotain, jota ei pitäisi voida tapahtua. Kuitenkin, kompleksisten systeemien luonne tekee onnettomuuksista todennäköisempiä, koska systeemien kompleksisuus on ihmisymmärryksen ulkopuolella. Silti ne noudattavat samoja fysiikan lakeja, kuin muutkin kompleksiset järjestelmät. 

Complexity was clearly a problem on the Deepwater Horizon. One emergency system was controlled by 30 switches.

- Tainter & Patzek

Teknologinen kompleksisuus koostuu suuresta määrästä erilaisia osia, jotka muodostavat yhteistoiminnassa erilaisia koneita ja laitteita. Kompleksiset teknologiat ovat haavoittuvaisia, sillä yhdenkin kriittisen osan toimimattomuus saattaa aiheuttaa ketjureaktioita, tai kokonaisen järjestelmän toimimattomuuden. Itse osan merkityksellä tai arvolla ei ole välttämättä mitään merkitystä: esimerkiksi Challenger-sukkulan räjähdyksen aiheutti viallinen O-tiiviste, joka oli vain noin 1000 dollarin arvoinen. Thunder horse -öljylautan kaatumisen (korjauskustannukset noin miljardi dollaria) aiheutti (ainakin osittain) noin 100 dollarin arvoinen 6 tuuman pituinen putki. Talvivaaran kompleksisesta jalostusprosessista huolimatta, työntekijät yrittivät tukkia liian ohueen pohjamuoviin tulleita reikiä pudottamalla kumiveneistä bentoniittimattoja altaan pohjaan. Kompleksisien teknologisten järjestelmien jokainen osa tulee olla täydellinen, kuluja ei voi säästää väärästä paikasta.

Lähde: Iltalehti

Mitä on tehtävissä?

Kysymys on vaikea, mitään helppoa vastausta ei ole olemassa. Tärkeää olisi ensin tiedostaa tilanne mahdollisimman laajasti. Elämäntavallamme on jatkuvasti yhä suuremmat vaikutukset ympäristölle, onko kulutuskapitalismi enää ihmisten kannalta hyödyllistä, jos tuhoamme elinympäristömme? On selvää, että emme voi enää kovinkaan montaa vuosikymmentä jatkaa kompleksisuus-energia -spiraalissamme menestyksekkäästi. Teknologinen kehitys on hidastunut ja vaatii jatkuvasti enemmän investointeja, resurssien laatu huonontuu, ympäristö-ongelmat kuten ilmastonmuutos ja öljyhuippu aiheuttavat omat ongelmansa. On aika alkaa kehittämään varasuunnitelmia ja strategioita tulevaisuudelle, jossa resurssienkäyttöä vähennetään joko vapaaehtoisesti tai pakon edessä. Vielä oleellisempaa on aloittaa kulttuurillinen ja asenteellinen muutos energian ja luonnonvarojen käytön suhteen. Olemme eläneet historiallista aikakautta, jolloin etenkin länsimaisten ihmisten on ollut mahdollista olla välittämättä kulutuksestaan. Tuo aikakausi on pian tulossa päätökseensä, ja meidän on jälleen alettava ajattelemaan ja järkeistämään resurssiemme kulutusta. Tämä voidaan tehdä, kuten presidentti Jim Carter totesi, joko meidän aloitteestamme, tai armottomien luonnonlakien toimesta.

We need holistic understanding of how energy and society coevolve over the long term, and of the energy-complexity spiral. Thinking that is holistic and long-term is the best way to approach our future, but humans do not normally think this way. We believe, however, that such thinking can be taught if there is the will to do so. 

- Tainter & Patzek

Energiatilanteesta täytyy alkaa käymään keskustelua jatkuvasti, ei vain silloin kun kohtaamme kriisin. Meidän täytyy tunnistaa tilanteemme realistisesti ja rehellisesti, katteeton optimismi ja teknologiausko täytyy sivuuttaa. Teknologia ei voi koskaan luoda energiaa tai resursseja, se ainoastaan mahdollistaa entistä vaikeampien ja huonompilaatuisten hyödyntämisen. On kuitenkin oltava realisti, todennäköisesti jatkamme edelleen kompleksisuus-energia spiraalissa, sillä siitä vapaaehtoisesti poistuminen heilauttaisi yhteiskuntamme status quo -tilan muutokseen, jonka tuloksia emme voi riittävällä varmuudella ennustaa. Tulemme siis näkemään valitettavasti yhä enemmän onnettomuuksia ja luonnonkatastrofeja tulevaisuudessa, kompleksisuuden, vaikeiden olosuhteiden, huonolaatuisten resurssien ja taloudellisten rajoitteiden takia. Kenties jossakin vaiheessa yhä useammat meistä osaavat yhdistää ne osaksi laajempaa kuvaa.

Käytettyä kirjallisuutta:

Holmgren, David. Future Scenarios. 2009. Chelsea Green

Tainter, J & Patzek, T. Drilling Down: The Gulf Oil Debacle and Our Energy Dilemma. 2011. Springer Science+Business Media.