«Климаты земного шара»

«Климаты земного шара»

Многолетние наблюдения за природой, климатом и хозяйством России, частые и длительные поездки по стране и за границей, изученная Александром Ивановичем литература на родном и иностранных языках, его собственные исследования — все это представляло ценный фонд для создания серьезного научного труда.

До сих пор Воейков писал о климатах стран и целых материков, о законах, от действия которых зависит погода и климат. Теперь наступило время сделать следующий шаг — написать книгу о климатах всего земного шара.

Именно в такой работе могла проявиться способность Воейкова схватывать причинные связи явлений, его умение отделять главное от второстепенного, делать широкие и увлекательные обобщения, строить научные гипотезы и подтверждать их фактами.

И вот, подводя итоги своей двадцатилетней научной и общественной деятельности, Александр Иванович принимается за составление труда, которому суждено стать краеугольным камнем новой науки — климатологии. Книгу эту Воейков озаглавил: «Климаты земного шара, в особенности России».

В черновых тетрадях Воейкова упоминания о его новом исследовании встречаются уже с января 1879 года. Первоначально Воейков предполагал написать эту работу на французском языке и намечал ее объем в двести-триста страниц большого формата, но затем изменил свои планы. Он решил удвоить объем труда, уделив главное внимание климатам России, и сначала издать его на русском языке, а потом уже сделать перевод.

За границей Воейков мог напечатать свою книгу на несравненно более выгодных условиях, но Александр Иванович хотел, чтобы она впервые вышла именно в России.

Однако издать на родине большой научный труд было делом нелегким. Издатели избегали выпускать книги, предназначенные для ограниченного круга читателей, а потому малоприбыльные.

Не будучи уверен в том, что в России найдется издательство, которое напечатает его труд, Воейков все-таки не прекращал работы. Он придавал «Климатам земного шара» такое большое значение, что систематически записывал в тетрадь ход своих исследований. Только когда половина работы была закончена, Воейкову удалось получить от картографического издательства Ильина согласие напечатать ее. За огромный труд, состоящий из тридцати пяти глав с графиками и картами, Ильин назначил Воейкову очень скромный гонорар в размере тысячи пятисот рублей, да и то с рассрочкой уплаты.

Воейков старался, чтобы его новая книга могла быть использована студентами. Поэтому он включил в текст пояснения, которые были бы излишними, если бы работа предназначалась только для узких специалистов.

С чего начинает Воейков это исследование? С того же, с чего он начал свою научную деятельность. С солнечного тепла.

«Я думаю, что одна из важнейших задач физических наук в настоящее время — ведение приходо-расходной книги солнечного тепла, получаемого. земным шаром, с его воздушной и водяной оболочкой», — писал Воейков.

Он подчеркнул эту фразу, и крылатые слова «приходо-расходная книга солнечного тепла» приобрели права гражданства среди метеорологов, климатологов, географов.

В своей первой научной работе — докторской диссертации — Воейков уже затронул этот вопрос. Теперь его взгляды сложились в стройную систему. Александр Иванович определил сумму солнечного тепла, получаемого землей в северном и южном полушариях, исследовал температуры океанов и морей и подробно объяснил причины воздушных течений.

На северном склоне Швейцарских Альп зимой дуют с юга теплые сухие ветры («фены»). До Ханна и Воейкова климатологи считали, что эти ветры дуют из Сахары. Но каким образом воздух из Сахары попадает на северные склоны Альп? Ведь зимой Средиземное море холоднее Сахары. Метеорологи делали странное предположение: ветер из Сахары пролетает над морем и над Альпами, не останавливаясь ни перед какими препятствиями. Но почему у южного склона Альп нет ветров из Сахары, а температура воздуха у южного склона гор и на высоте гораздо ниже, чем у северного склона?

Научное объяснение фенов впервые дал Ханн. Воейков продолжил и развил исследования Ханна, что значительно обогатило представления о «динамическом нагревании» воздуха. Воздух нагревается не только солнцем. Даже в семь часов утра, когда солнце еще не взошло, нисходящий воздух уже начинает нагреваться. Следовательно, теплота воздуха у северного склона Альп вызывается его собственным движением, а не тем, что это воздух из Сахары.

Затем Воейков приводит другой пример — Гренландия, где зимой с востока и с юго-востока дуют фены. Там воздух стекает с плоскогорья, покрытого толстым слоем льда. Этот воздух так сух и температура его настолько высока, что испаряется даже снег. Воздух нагревается от собственного движения, если это движение направлено вниз. Если же движение идет вверх, то воздух охлаждается, так как на подъем затрачивается много энергии.

Воейков переходит и давлению воздуха и его движению в горизонтальном направлении. Двадцать лет занимались метеорологи этим вопросом, но объяснения таких явлений, как пассаты, циклоны, антициклоны, оставались неверными и сбивчивыми. Например, пассаты объясняли разностью между температурами воздуха на экваторе и «а широте около 30 градусов. Разница в температуре этих двух зон не больше 8 градусов, а расстояние между ними 2775 километров. Изменение температуры на 1 градус приходится на целых 347 километров расстояния. Такая разность температур не может вызвать воздушного течения. Воейков приводит пример. Температура горения дров в печке около 600 градусов, температура комнаты в 10 метрах от печки — 20 градусов, разность температур на 1 метр расстояния составляет 58 градусов. Итак, разность температур в комнате в 20 миллионов раз больше, чем в пассатной полосе. Метеорологи придают значение разнице температур, совершенно ничтожной. В чем их ошибка?

Температура воздуха — это температура небольшого пространства, окружающего термометр. Она может быть очень различна на близких расстояниях. Следовательно, горизонтальное движение воздуха или ветер нельзя объяснять разностью температур.

Не раз возвращаясь к этому вопросу, Воейков, начиная с «Атмосферной циркуляции», неизменно опровергал господствующий до него в науке взгляд, будто схема воздушной циркуляции аналогична движению воздуха у печки. Он доказал, что массовые восходящие тони на экваторе невозможны. Не располагая, естественно, огромными материалами наблюдений наших дней, Воейков тем не менее очень близко подошел к воззрениям, которые установились в современной науке,

«Причина ветра, — объясняет Воейков, — заключается в различной температуре и удельном весе всего воздушного столба. Если в одном месте давление выше, чем в другом, лежащем на том же уровне, то воздух от места большего давления стремится к месту меньшего давления.

У экватора удельный вес всего столба воздуха меньше, чем по обе стороны его в широтах 30 градусов к северу и югу. Ведь у экватора воздух теплее, а водяного пара в воздухе больше, чем на широте 30 градусов. Поэтому в нижних слоях возникает движение воздуха от более высоких широт к экватору. Это пассаты, дующие из высоких широт к экватору. Следует иметь в виду, что под влиянием вращения земли пассаты отклоняются от прямого пути и в северном полушарии имеют направление северо-восточное, а в южном — юго-восточное».

Говоря о столбах воздуха, Воейков предвосхитил учение о движениях воздушных масс, на котором основана современная климатология, возникшая в двадцатых годах нашего столетия. Тридцатью пятью годами раньше климатологов XX столетия Воейков правильно представлял себе циркуляцию атмосферы.

Изменения погоды Воейков объяснил перемещениями циклонов (центров низкого давления) и антициклонов (центров высокого давления) и указал, что влияние силы вращения Земли зависит от широты места.

Вслед за солнечным теплом и ветрами велико значение в климатических явлениях влажности воздуха, испарения, облачности, водных осадков, рек и озер, снежного покрова. Влияние каждого из этих элементов Воейков излагает в отдельной главе. С неопровержимой логикой развертывается цепь явлений, формирующих в конечном итоге климат страны.

Особенно важную роль в формировании климата играют океаны, моря, реки и озера. «Реки — продукт климата», — говорит Воейков, «…страна будет тем богаче текучими водами, чем обильнее осадки и чем менее испарение как с поверхности почвы и вод, так и растений». Воейков, тонко анализируя условия питания рек, создает прочно вошедшую в науку классификацию рек, различая их по характеру и режиму питания.

Озера, как и реки, — результат осадков. Озера увеличиваются при росте влажности климата. Они высыхают по мере того, как климат становится суше. В зеркале их вод как бы отражаются изменения климата страны.

Дожди оказывают на температуру воздуха сравнительно небольшое влияние: дождевая вода быстро стекает и просачивается в почву. Другое дело — снег. Пока температура ниже нуля, снег остается на земле и оказывает сильное воздействие «а температуру воздуха. Климат может меняться и под влиянием значительных скоплений льда и снега.

Воейков был первым климатологом, по-настоящему оценившим значение снега. Именно Воейкову, уроженцу России, хорошо изучившему климатические условия родной страны, было суждено стать творцом «науки о снеге».

Снег хорошо отражает солнечные лучи и обладает малой теплопроводностью. Он прекрасный изолятор, сохраняющий тепло почвы. Если бы не было снежного покрова, земля охлаждалась бы значительно больше. Но наряду с этим снег охлаждает и повышает влажность нижних слоев воздуха. Холодный воздух тяжелее теплого. Он менее подвижен. Поэтому ветры над снегом становятся слабее. Снег утепляет землю, и хотя он охлаждает воздух, масса охлаждаемого воздуха так мала, что утепляющее влияние снега превышает вызываемое им охлаждение.

Воейков еще в ранних своих работах раскрыл значение снега для климата. Он сделал ценные практические выводы: снег надо использовать для хозяйственных целей. Воейков советовал задерживать снег, чтобы полнее использовать влагу талых вод. Это способствует повышению урожайности полей.

Смелым новатором выступал Воейков и в вопросе о влиянии рельефа на суточные колебания температуры. Он объяснял, почему в долинах колебания температур значительнее, чем в горах и на холмах. На вершинах масса земли мала, а потому она не может нагреть воздух, а в долинах, где масса земли больше, воздух днем нагревается от земли. Кроме того, в долины притекает с возвышенностей воздух, нагревающийся от движения вниз. Ночью поверхность земли охлаждается, холодный воздух скопляется в долинах, а теплый поднимается вверх. Воейков указывает, что различие температур между горой и долиной тем ощутительнее, чем меньше облачность, чем суше воздух и чем слабее ветер.

Эти выводы вошли в науку под названием «закона Воейкова».

Шесть глав отведено в книге изучению циркуляции атмосферы и режиму ветров, десять глав — изучению осадков, влажности воздуха, рекам, озерам, морям и океанам.

Устанавливая взаимосвязь климата с растительностью, Александр Иванович сумел по-новому прочитать великую книгу природы. Изучая физиологию многих растений, Воейков определяет, какие особенности строения и жизни растений делают их засухоустойчивыми, способными переносить сильные морозы. В частности, наши хвойные деревья обязаны своей морозоустойчивостью смоле — плохому проводнику тепла.

Однажды возникнув, лес создает свой местный климат, который, в свою очередь, защищает растительность и поддерживает жизнь леса даже при неблагоприятных изменениях климата всей страны.

Существуют температурные пределы распространения растений, но на их крайних границах растения уже с трудом конкурируют с теми, для которых данный климат является наиболее благоприятным. Вот причина того, что растения не достигают своих температурных пределов. В наших южных степных областях нет лесов не потому, что деревья не могут развиваться. Количество влаги, необходимое для лесов, далеко не так велико, как это принято думать. «Где существует роскошная степная растительность из злаков, бобовых и т. д., там влаги достаточно и для лесов», — пишет Воейков. Деятельность человека — вот что влияет на размещение участков степи и лесостепи.

Изучение ископаемых остатков древней растительности позволило Воейкову прояснить вопрос об изменениях климата в прошлом.

В своем труде Воейков выступает самобытным, можно сказать, стихийным диалектиком. Он, схватывает сущность явлений, исследует их всесторонне, во всей полноте, в тесной взаимосвязи с окружающей средой, изучает явления в их движении и развитии.

Смелыми штрихами рисовал Воейков схему распределения климатов земного шара. От Восточной Сибири по великим окраинным хребтам азиатской России, через южнорусские степи, вдоль Карпат, Альп к Пиренеям тянется «Большая ось» Евразийского материка, о которой он впервые говорил в «Атмосферной циркуляции». Эта ось отделяет территорию, где преобладают влажные ветры с океана, от областей, где господствуют сухие континентальные ветры. До настоящего времени об «Оси Воейкова» говорится в учебниках землеведения, физической географии, климатологии, в книгах, издаваемых на всех языках.

Много метких определений и оценок климата отдельных областей заключается в бессмертном труде Воейкова.

На юге Русской равнины распределение дождя благоприятно для земледелия, но количество дождя меньше, чем это необходимо при таком теплом климате. Озимые нужно сеять как можно раньше, чтобы использовать первые осенние дожди. В закавказских климатических условиях возможно выращивание без орошения очень разнообразных культур, например чайного кустарника и бамбука. Именно Воейкову обязано Закавказье началом развития ряда субтропических культур, в особенности чайного куста.

Сравнение Закавказья с Японией, Дальнего Востока с муссонными странами Азии, Северной Америки с Европейской Россией позволило Воейкову сделать важнейшие выводы о направлении развития хозяйства наших областей. Их он положил в основу своих последующих трудов о природе и хозяйстве.

Появление «Климатов земного шара» было крупнейшим событием в научном мире. Значение его нимало не ослаблялось тем, что не прошло еше и года со дня издания австрийским климатологом Ханном большого труда на ту же тему. Даже при беглом ознакомлении можно было сразу видеть, что обе работы не зависят друг от друга. Ханн не задавался целью дать исчерпывающие объяснения причин того или иного климатического режима в рассматриваемых им странах. Книга Ханна была тщательно выверенной сводкой материалов о климате каждой страны без углубленного исследования. По своему научному уровню она превосходила такие работы, как вильдовские описания русского климата. Но при всех достоинствах труд Ханна носил справочно-описательный характер. Автор назвал свою книгу «Руководством по климатологии».

Воейков прежде всего стремился дать научное представление (концепцию) о рассматриваемых явлениях, прибегал к обобщениям и гипотезам, иногда очень смелым. Его работа была действительно капитальным трудом по климатологии, который раскрывал перед научно подготовленным читателем широкую картину климатов земного шара и давал богатую пищу пытливому уму.

Необычайная смелость и новизна взглядов Воейкова нередко приводили читателей в сомнение. Мнения его настолько расходились с общепринятыми, твердо усвоенными метеорологами и географами, что даже эти специалисты невольно смущались, знакомясь с «Климатами земного шара».

Труд Воейкова постигла судьба тех научных открытий, которые опережают свое время. Лишь немногие его современники оказались достаточно подготовленными для того, чтобы воспринять новые идеи ученого.

Основную группу критиков Воейкова составляли лица, не понимавшие и не желавшие понять его идей. Они объявили его фантазером.

Географическое общество поручило одному из членов Метеорологической комиссии, приват-доценту П.И. Броунову, дать отзыв о труде Воейкова для представления его к награде.

Петр Иванович Броунов был десятью годами моложе Воейкова. В то время он еще только начинал свою научную деятельность, впоследствии выдвинувшую его в число выдающихся деятелей русской метеорологии. Это был один из почитателей Воейкова, придерживавшийся прогрессивных взглядов и стремившийся к самостоятельному научному творчеству. Такое направление деятельности и такие взгляды привели впоследствии Броунова к конфликту с Вильдом, в результате чего Петр Иванович был вынужден оставить работу в Главной физической обсерватории.

При сочувственном отношении к Воейкову Броунов в своем отзыве проявил некоторую осторожность и даже сдержанность, что отчасти было следствием большой новизны и оригинальности взглядов Воейкова.

Броунов начинает с того, что труды Воейкова «кладут в основание своих работ» известнейшие метеорологи и географы Западной Европы — Ханн (Австрия), Скотт (Англия), Пешель (Германия) и другие. Современная метеорология обязана своими успехами Александру Ивановичу.

Большая заслуга Воейкова, по мнению Броунова, заключается в выяснении влияния климата на растительность и растительности на климат. Этот вопрос после работы Воейкова можно считать «почти окончательно решенным и выясненным».

Сделав немало оговорок, что с некоторыми из многочисленных новых мыслей и объяснений Воейковым явлений «нельзя согласиться», Броунов тут же отмечал, что обилие свежих мыслей — важнейшее достоинство трудов Александра Ивановича: они «заставляют критически отнестись» к прежним взглядам.

«Александр Иванович совершил весьма много путешествий, он посетил все сколько-нибудь замечательные страны земного шара. Россию и Европу он изъездил по всем направлениям. Во время этих путешествий он приобрел массу географических сведений, которым может позавидовать любой географ и которыми он так щедро сыплет почти во всех своих статьях, особенно же в «Климатах земного шара».

Отбросив первоначальную сдержанность, рецензент решительно высказался за присуждение Воейкову высшей награды Географического общества — Константиновской золотой медали.

Совет Географического общества присудил Воейкову эту награду. До него Констангиновской медали были удостоены лишь немногие ученые-географы: Пржевальский — за путешествие в Монголию и страну тангутов; Норденшельд, первый совершивший плавание из Баренцева моря в Тихий океан по морям Северного Ледовитого океана; знаменитый геолог И.В. Мушкетов — за исследование Средней Азии.

Такое событие в науке, как выход в свет труда Воейкова, не могло остаться незамеченным и за пределами России. Несмотря на то, что незнание русского языка мешало иностранным ученым прочитать «Климаты земного шара», содержание исследования в ближайшие же годы стало им известно. Они заказывали для себя и для журналов переводы отдельных глав. Александр Иванович оказал им в этом содействие: сам переводил на иностранные языки выдержки из своей работы.

Труд Воейкова в полном объеме был опубликован за границей через три года. При этом Воейков значительно переработал его, так как за время, истекшее после его выхода в свет, появились новые книги и материалы наблюдений, которые Александр Иванович немедленно использовал[54].

Русская климатология благодаря Воейкову, как незадолго перед этим русское почвоведение благодаря Докучаеву, заняла в мировой науке первенствующее место.

Воейков составил климатическую характеристику Южной Америки, оперируя наблюдениями всего лишь тридцати метеорологических станций. Через пятьдесят лет климатолог Кнох обработал материалы трехсот станций, использовал пятьсот семьдесят трудов и пришел почти к тем же выводам, что и Воейков.

«Это был титан климатологии!» — сказал о Воейкове один из русских ученых.

Труд Воейкова не утратил своего значения до настоящего времени. Климатологи и географы всего мира, решая принципиальные вопросы своей науки, нередко и сейчас перечитывают «Климаты земного шара», чтобы вспомнить, что по этому поводу писал Воейков. И часто идеи замечательного русского ученого наводят их на правильный путь.

Академик Л. С. Берг так говорит о работе Воейкова:

«Климаты земного шара» есть книга классическая, и какие бы успехи в будущем ни сделала климатология, чтение этого труда всегда будет необходимо и вместе с тем приятно географу».