Открытие криосферы

Открытие криосферы

Свои представления о движениях воздушных масс Ломоносов высказал на собрании Академии наук и показал на рисунке, наглядно. Его пояснение: «Стрелы показывают восхождение воздуха в сиянии и погружение в тени… В жаркие летние дни зыблется, по-видимому, земная поверхность не для другой какой причины, как от смешения восходящего теплого воздуха с погружающимся холодным… Из сего основания истолкованы мною многие явления с громовою силою бывающие».

Идея была настолько нова, что реакции на нее не последовало. До этого ученые не предполагали вертикальных перемещений воздушных масс. Среди петербургских академиков были специалисты ботаники, зоологи, картографы, математики, астрономы, физики. Никто из них не стремился постичь земную природу в глобальном масштабе как единое целое, а не «по ведомству» той или иной науки.

Исаак Ньютон, как мы уже отмечали, был кабинетным и лабораторным ученым, астрономом, физиком, математиком. Единство Мироздания он предполагал как проявление абсолютных пространства и времени. Олицетворял это единство Бог.

В «Математических основаниях натуральной философии» он изложил свое кредо: «Не должно принимать в природе иных причин сверх тех, которые истинны и достаточны для объяснения явлений». Но там же в заключительной главе сказано: «Изящнейшее соединение Солнца, планет и комет не могло произойти иначе, как по намерению и власти могущественного и премудрого Существа». (Поистине обожествление механических движений, доступных математическому описанию!)

И еще: «От слепой необходимости природы, которая повсюду и всегда одна и та же, не может происходить изменение вещей. Всякое разнообразие вещей, сотворенных по месту и времени, может происходить лишь от мысли и воли Существа необходимо существующего».

Иной видел, ощущал, сознавал природу Ломоносов. Она была для него живой, находящейся в постоянном движении, первопричина которого нам неизвестна (если она вообще была). Размышляя о происхождении молнии, он предположил, что электричество возникает в результате механического трения частиц (корпускул) воздуха при его вертикальном движении.

Отметим, что он выдвигал гипотезу, а потому не утверждал, а предполагал: «Итак, что от теплоты и трения паров электрическая сила в воздухе родиться может, то весьма вероятно».

В доказательство он привел рисунок смерча, пояснив: «Опускается из облака как бы столп, который к морской поверхности, которая ему навстречу как холм подымается; в приближении кипит; тощий облачный столп внутри подобно винта верится».

Ломоносов никогда не наблюдал подобных вихрей (в северных морях они не образуются), а вспомнил о них в связи со своей гипотезой происхождения молний. Правда, если бы эта идея была совершенно верна, то смерчи были бы обрамлены сверкающими электрическими разрядами, чего в действительности нет.

И все-таки разряды молний, направленные вертикально, в значительной степени связаны с восходящими и нисходящими потоками воздуха. Из схемы, предложенной Ломоносовым, видно, что перед высокими преградами возникают вихри, направленные вверх и вниз. Не потому ли молнии наиболее часто направлены на высокие предметы?

Чтобы объяснить яркую вспышку молнии, Ломоносов предположил, что при этом электрическая сила воспламеняет горючие частички, витающие в воздухе. Это ошибочное объяснение наводит на вполне современные мысли.

Как известно, в воздухе летом находится огромное количество пыльцы и спор растений, тонких гумусовых частиц. Все они электрически активны. Причудливые зигзаги молний могут, на мой взгляд, объясняться тем, что именно через скопления таких частиц проходят электрические разряды.

Михаил Васильевич высказал наиболее вероятную — на том уровне знаний — гипотезу. И добавил: дело не только в познании причин появления «гремящей на воздухе электрической силы». Более важно учитывать существование вертикальных потоков в атмосфере, о которых «нет еще ясного и подробного познания, или, по последней мере, толь обстоятельного истолкования, какого они достойны».

…Принцип «разделяй и властвуй» успешно реализуется в технической деятельности человека, а также в экспериментах физики и химии, призванных выяснить какую-то определенную природную закономерность. Чтобы властвовать над природой этого вполне достаточно.

Но чтобы с ней сотрудничать, учитывая ее потребности, а не только свои, требуется осмысливать явления земной природы во взаимосвязях, а не порознь. Из этого интуитивно исходил Ломоносова как натуралист по принципу «познай в единстве»! Такой взгляд на мир наиболее плодотворен при изучении живых организмов, включая биосферу, объединяющую воздушную, водную и каменную оболочки планеты вместе с животными, растениями, простейшими, бактериями.

Рассуждая об электрических явлениях в атмосфере, Ломоносов открыл не только вертикальные движения воздуха. Его мысль не остановилась на этом. В результате им было сделано крупное открытие, которое до последнего времени остается незамеченным специалистами, историками науки. Вот уж по-истине неведомый Ломоносов!

В «Слове о явлениях воздушных» он припомнил случаи наступления зимних потеплений и резких похолоданий, ссылаясь на свои наблюдения и сведения о погоде в Европе. Привел пример Британии, где морские ветры определяют мягкие, сравнительно теплые зимы; и на Камчатке нет тех морозов, которые бывают западнее в Сибири на тех же широтах.

Он сделал вывод: «Оттепели почти всегда с дыханием и скорым стремлением ветра в пасмурную погоду случаются; мороз, напротив того, после утихнувших ветров с ясностию неба жестокость свою показывать начинает».

Странно, что на эту особенность никто не обратил внимания. Действительно, почему зимой при безветренной ясной погоде внезапно наступают холода? Ломоносов высказал гипотезу: причина в нисходящих потоках холодного воздуха. Откуда он поступает к земле? Из «средней части атмосферы», где «не весьма высоко над головами нашими надстоит всегда сильной зимы строгость». Об этом свидетельствуют, в частности, нетающие снега и льды на вершинах высоких гор.

Он полагал, что, когда зимой замерзает земная поверхность, она охлаждается из-за отсутствия притока тепла из глубоких недр. (Мнение ошибочное: энергию нам поставляют почти исключительно солнечные лучи; это выяснилось только в XX веке.) Однако град бывает летом, в теплую, а то и жаркую погоду. Почему?

Ломоносов сослался на свои наблюдения за строением градинок. Они состоят из снежного ядра, покрытого «ледяной скорлупою». Эта оболочка образовалась во время быстрого падения, а это возможно лишь при «ужасном морозе». Он предположил: температура воздуха на большой высоте примерно соответствует самым низким зимним температурам в Центральной Сибири. И это — его замечательная догадка.

Делая расчеты плотности воздуха при разных температурах на разных высотах, он доказал, что временами должна возникать неустойчивость атмосферы. Тогда ее средний охлажденный и более тяжелый слой опускается вниз, вытесняя вверх нижний теплый, более легкий слой. Сходное явление должно происходить и летом. Поэтому перед грозой обычно затихает ветер и становится холоднее.

Идея Ломоносова великолепна! Он подчеркнул: чем сильней в летний зной нагревается земля, тем выше поднимаются потоки нагретого воздуха. Они попадают в среднюю морозную атмосферу, «сгущаются», капли воды замерзают и начинают падение, по ходу намораживая «ледяную скорлупу». Кстати, отметим, что именно сильными вертикальными движениями воздуха объясняются форма кучевых облаков, их мощность и склонность к шквалам и градопадам.

Ломоносов утверждал: «Лютая зима беспрестанно господствует недалече над нашими головами» (так писал он в работе «О слоях земных»). Упоминал он и о подземных льдах, или, как мы сейчас говорим, зоне вечной или многолетней мерзлоты, причины образования которой связывал прежде всего с климатическими и тектоническими факторами. Указывал на закономерности распространения на земной поверхности льдов наземных и морских.

О том, что с подъемом на горы становится все холоднее, а на определенных высотах даже летом температура ниже порога замерзания воды, знали, конечно, задолго до Ломоносова. Но только он догадался о существовании особой оболочки Земли, в которой вода находится преимущественно в твердой фазе (в виде снега и льда) как единое целое: «Так что тут зима, где морозный слой атмосферы до земли досягает».

Даже такой крупнейший историк науки, как В.И. Вернадский, посвятивший несколько статей творчеству Ломоносова, не обратил внимания йа это его открытие. Владимир Иванович полагал, что только в работах польского исследователя А. Добровольского в 1924 году «впервые твердая фаза (воды. —Р. Б.) охвачена как закономерная часть строения земной коры, как криосфера».

В действительности первенство принадлежит М.В. Ломоносову. Он не употреблял красивого термина «криосфера», но с гениальной прозорливостью и четкостью высказал мысль о единой «морозной» оболочке планеты. Она захватывает верхи земной коры только в регионах, прилегающих к Северному и Южному полюсам.

Сочетание научной мысли и поэтического воображения позволило ему сделать замечательное открытие. Кажущаяся простота его рассуждений и естественность вывода создают впечатление очевидности. Но ведь он предвосхитил мысль, к которой заново пришли ученые только в XX веке, да и то после вертикального зондирования атмосферы и высотных полетов на аэростатах и аэропланах.

.. Интересная деталь, показывающая научный уровень российского общества того времени. В своем «Слове о явлениях воздушных» Ломоносов выступил в защиту… громоотводов!

Пошел слух о «предерзких и нечестивых», которые пытаются противиться «гневу Божию»; ведь не напрасно же Он посылает на землю из облаков огненные стрелы! Михаил Васильевич пояснил: Бог дал человеку «прозорливое рассуждение к предвидению» и постижению «великих естественных чудес откровение».

Приходилось Ломоносову вновь и вновь повторять, что подлинная книга божественных откровений — Природа, окружающая и пронизывающая нас, а подлинные чудеса — природные, естественные, которые нам дано постигать, «осматривая все, к чему умное око проникнуть может».

(Можно лишь изумляться, как суеверия и предрассудки трехсотлетней давности вернулись в наш «информационный» XXI век со всеми своими нелепостями и мракобесием.)

Еще раз подчеркну: Ломоносову принадлежит бесспорный приоритет в открытии морозной оболочки планеты — криосферы. Это выдающееся достижение два с половиной столетия оставалось в забвении.