詹姆斯瓦特对蒸汽机的改良被后世认为是工业革命最重要的基础之一，然而从实验室走向无数的工厂不是一件简单的事，从 18 世纪七十年代开始推广，到 19 世纪三十年代在工业界大规模应用，时间过去了半个多世纪。而一项新的研究发现，如果不是特殊的气候情况带来的机遇，蒸汽机普及的过程可能需要更多的时间。
1765 年，詹姆斯・哈格里夫斯（James Hargreaves）发明了多轴纺纱机（即珍妮纺纱机），并很快在英格兰北部流传开来。1785 年，牧师埃德蒙・卡特赖特 (Edmund Cartwright）发明了水力织布机，使织布效率提高了四十倍。到 1800 年，英国棉纺业基本实现了机械化。
在技术革新的刺激下，英国的纺织业完成了从小作坊向大工厂生产的转型。但无论是小作坊还是大工厂，纺织机的运转都离不开驱动力，而这种动力的来源在当时主要是水力，因此工厂必须建造在河边，通过人工控制河水的流动来驱动机器的运转。与所有的新兴产业一样，机械化的纺织业很快就击垮了所有的手工织布作坊，大量资金开始涌入，英格兰和苏格兰具备基本水力条件的河流两岸冒出了许多大大小小的纺织厂。
使用小水坝和水堰增加落差来加强水流的驱动力，一次投资长期运转，无噪音无污染，还不用交水费。按照现代可持续发展的理念来看，这种工业相当不错。如果这时有人向老板推销一种新机器，巨大笨重，效率低下，还得不停的用马车运来煤炭才能运转，客客气气请他出去是完全理性的决策。
格拉斯哥大学地理与地球科学学院的研究团队认为，之前史学界对蒸汽机取代水力机的解释一般有两种，一种是蒸汽动力成本快速降低，一种是由于现有的水资源面临枯竭。但是这两种说法都没有确实的证据。他们在近期美国地质学会年会上发表的新论文中表示，到 19 世纪中叶，只有少数几个英国河流的潜在水力得到了充分开发，而周期性的大范围干旱导致的河流水量骤减对于推动蒸汽机的应用至关重要。
团队发现在他们之前，只有 1983 年的一项研究基于现实世界的观察和成本分析试图解释这一历史性的转变。但这项研究的数据依赖于现代降雨记录，并且只考察了一条河流的情况，因此他们认为有必要重新估计 1770 年到 1890 年之间英国的水力分布。团队利用现代地形数据，与历史降雨量和蒸发量的统计和估计数据相结合，还从中剔除了数以千计人工建造的各种水利设施的影响，包括大坝、水堰和水渠等。然后将英格兰和苏格兰河流流域的可用水力与当时的工业需求进行比较，以估计每个流域的水资源在这 120 年期间的开发程度。
结果表明，迟至 1838 年，许多英格兰和苏格兰的河流仍未得到充分利用，相反纺织工业拥挤在一些最繁忙的河流两岸，在这里对水量的需求远远超过供应，上下游之间因为用水的纠纷时有发生。这表明与后世粗线条的“大历史”解释不同，两百多年前拿真金白银出来投资的老板们对于各种经营要素的权衡非常精细，决不仅仅根据水力是否充沛这一条就能作出投资决策，一定还有其他诸如基础设施、交通条件、市场反应等因素，否则无法解释为何放着大量无人开发的河流不用而要挤在某些地方。这些情况从历史档案中就可以看到，包括 19 世纪初各种议会和法庭调查的证词。
夏季缺水和秋冬季洪水意味着许多工厂会经历长时间的减产，在最糟糕的年份，他们可能会被迫关闭工厂好几天，甚至几周。通过对降雨量和湿度网格数据的计算，他们发现英格兰北部和苏格兰可能经历了河流水量很低的时期，较长时间的干旱可能是最坏的情况。这种情况到现在也是一个基本矛盾：污染较低的可再生能源最大的问题就是不稳定，无论是水力还是风能、太阳能，都无法摆脱靠天吃饭的宿命。
团队成员之一的 Peter Jones 认为这并不是什么新鲜事: 至少从中世纪开始，谷物磨坊主就面临着这个问题。但是从 18 世纪 70 年代开始，随着水力越来越多地应用于大型制造企业，这个问题变得非常尖锐 —— 长时间的停产意味着不能按时交付订单，失去市场份额，这对企业经营可能是致命的。而在这种情况下，能提供持续不间断动力的蒸汽机就显示出了自身的优势，虽然它很贵，很麻烦，但是能够保证生产的连续性。类似的例子在两百多年后的中国也出现过，由于夏季的长时间干旱，一些以水力发电为主的省份工业生产受到巨大打击，很多企业不得不使用柴油发电机来保证生产，虽然成本极高但是与企业的生存相比，这个钱依然值得花。
当然市场是很奇妙的，可以想象在业界因为干旱普遍停产的情况下，产品价格暴涨非常自然，而如果以新的价格来计算，在平时成本上划不来的蒸汽机，可能在这种条件下就可以承受了。第一批大胆的客户不光能够渡过难关，还能抢占市场份额。而随着蒸汽机的销量增加，对煤炭的需求会刺激新煤矿的开发和运输道路的投资，煤炭的成本也在下降。根据客户意见不断改进的蒸汽机的效率也越来越高，一公斤煤产生的动力成倍提高，同样降低了蒸汽动力的成本，直到降低到了某个临界点 —— 蒸汽动力纺织厂的成本低于丰水期的水力纺织厂，此后就开始了所有人都耳熟能详的传奇故事。
参考文献：
https://www.geosociety.org/GSA/News/pr/2022/22-60.aspx
本文来自微信公众号：知社学术圈 （ID：zhishexueshuquan），作者：知社
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