Текст книги "Александр фон Гумбольдт. Вестник Европы"

Автор книги: Александр Филиппов-Чехов

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 17 страниц) [доступный отрывок для чтения: 8 страниц]

Неправильные колебания барометра под тропиками очень незначительны в противоположность значительным правильным колебаниям. В умеренном поясе явления эти изменяются: здесь неправильности очень значительны, нормальные же суточные колебания так малы, что последние не могут быть замечены, если мы ограничимся только несколько-дневным ежечасным наблюдением. Только после продолжительного ряда наблюдений удается при выведении средних результатов заметить, что несколько высший столб утром, несколько низший – после обеда. Кроме того, самые часы, в которые наступают изменения, непостоянны в течение целого года: суточные крайности приближаются зимой к полудню и отодвигаются в летнюю пору.

Неправильные колебания барометра в умеренной полосе так значительны, что положение ртутного столба может в течение нескольких месяцев представлять разницу на 20 линий, и потому неудивительно, что незначительные суточные колебания были здесь замечены только после ряда долгих наблюдений.

Давление воздуха оказывает влияние не только на понижение барометра; от него зависят и некоторые физиологические явления, которые Гумбольдт тоже испытал на себе. Еще Соссюр во время своего путешествия в Альпах упоминает о невероятном утомлении при поднятии на значительные высоты (выше 1400 – 1500 туазов), которого никак нельзя объяснить напряжением мускулов. Путешественник не в силах сделать 20-30 шагов без отдыха. Присев с этой целью, испытывающий это утомление сейчас же готов заснуть, несмотря на неудобство положения и холод. Некоторые лица испытывают при этом тошноту, доходящую до рвоты, даже до обмороков. Разные натуры неодинаково впечатлительны к этому недугу, но даже самые сильные не свободны от него; даже такие, которые по своему образу жизни, как напр. альпийские проводники, более или менее привычные к разреженному горному воздуху, подвержены ему. И затруднение дыхания замечают тоже, но без давления, и потому Соссюр объяснял это явление не столько недостатком кислорода (хотя при меньшей плотности воздуха на высотах при каждом вдыхании легкие получают меньшее количество его, чем ближе к уровню моря), но расслаблением сосудов, которые не подвергаются снаружи такому сильному давлению, как то, которое испытывают органы на незначительном поднятии над поверхностью моря и к которому организм приспособлен.

На Андах Гумбольдт имел случай познакомиться с этим физиологическим явлением еще в большей степени, чем Соссюр на Альпах. Исследуя различные высоты, на которых люди еще живут, Гумбольдт полагал, что организм человеческий может в известных пределах без неудобств выносить уменьшенное давление атмосферы и что оно только тогда дает себя чувствовать, когда столб ртути падает ниже 15 дюймов. При этом он замечает, что белое племя выносчивее в этом случае краснокожих; как те, так и другие, однако, кроме упомянутых Соссюром явлений, страдают на значительных высотах кровотечениями из носа, десен, глаз, губ.

Явления крайнего утомления при поднятии на значительные высоты объясняются теперь исследованиями братьев Веберов (физиологов). По обеим сторонам таза находятся вертлюжные впадины, внутри гладкие углубления кости, в которых движутся головки бедренных костей. Целое сочленение покрыто связками и оболочкой, соединяющей таз с шейкой бедра. Если мы перережем на трупе все толстые слои мышц, покрывающих это сочленение, а также и перепонку, то нога не выпадет из сустава; она держится еще плотно в вертлюжной впадине таза давлением воздуха. Из этого мы вправе заключить, что мы не нуждаемся употреблять особенные усилия для того, чтобы во время ходьбы нести ногу, отделяющуюся от земли. Давление воздуха облегчает нам этот труд. Так как на значительных высотах давление воздуха уменьшается, то он не может уже и нести всей тяжести нашей ноги, и работа, которую исполнял воздух на равнине, переходит теперь на мышцы. Тут они должны не только передвигать наши ноги вперед и назад, но и нести их – работа, от которой они были свободны при большем давлении воздуха. В этом найдем и ключ к уразумению усталости при восхождении на значительные высоты. Впрочем, он объясняет нам одну только сторону явления; все-таки остается непонятным, почему усталость наступает скоро и проходит тоже очень быстро и каким образом люди, по уверению Гумбольдта, в короткое время привыкают к незначительному давлению воздуха. Конечно, возможно, что природа как будто приспособляет организм к этому тем, что дает человеку, с малолетства живущему на значительных высотах, гораздо больший поперечник вертлюжной впадины, но трудно предположить, чтобы она у жителя равнины, попавшего случайно на значительное возвышение, делалась больше. Впрочем, утверждают, что английские гончие собаки, завезенные на возвышенности Мексики (на 6 000 – 7 000 футов над поверхностью моря), в первом поколении совершенно негодны для охоты, между тем как второе поколение, родившееся и взросшее там, удовлетворяет всем условиям хорошей охотничьей собаки [44] 44
  В последнее время Лорте (Louis Charles Йmile Lortet, 1836-1909), профессор медицинского факультета в Лионе, занимался много рассмотренными здесь явлениями, совокупность которых он называет mal des montagnes [горная болезнь – франц.]. Исследования его, сделанные во время двукратного восхождения на Монблан, бросают свет на этот недуг. – Прим. авт. ст.


[Закрыть].

VII

Гигрометрические исследования

Кроме газов как составных частей атмосферического воздуха, последний содержит в себе еще изменяющееся количество водяных паров, колебания которого и составляют то, что в обыкновенной жизни называется погодой, между тем как они, вместе с явлениями теплоты, представляют то, что дает наиболее себя чувствовать человеку, который совокупность их обозначает словом: климат.

Что воздух содержит в себе воду, было, конечно, известно испокон века; но сведения древних о том, в каком виде она находится в атмосфере, были очень недостаточны. По общераспространенному мнению полагали, что вода находится в воздухе в растворенном состоянии. Этого мнения был вначале и Гумбольдт. Соединение воды с теплородом (который тогда считали материальным веществом), т. е. водяные пары, принимали за химическое соединение их с воздухом. Соссюр был первый ученый, отнесшийся с недоверием к этой теории, так как он нашел, что в данном объеме всегда находится одинаковое количество воды, с каким бы газом она ни находилась в соединении, лишь бы только температура оставалась неизменной. Это не могло бы иметь, конечно, места, если бы вода и теплород представляли химическое соединение. Мы видели также выше, что уже Дальтон высказал закон, по которому над Землей находится атмосфера водяных паров, которая повинуется собственным законам, совершенно независимо от тех, которым следуют частицы кислорода и азота, находящиеся в среде их. Частицы водяных паров распространяются в данном пространстве, как будто в нем не было вовсе воздуха, с той только особенностью, что это распространение совершается тем медленнее, чем плотнее воздух.

Если земной шар окружен атмосферой водяных паров, то мы можем представить себе ее составленной из любого количества концентрических слоев ее, из которых наружные оказывают постоянно давление на внутренние, так как последние оказывают сопротивление стремлению первых приблизиться к Земле. Потому-то нижние слои (ближайшие к Земле) выносят на себе давление всех высших, над ними находящихся. Давление этих паров действует на жидкости (напр. на ртуть и барометр), точно так же, как и давление воздуха, и потому высота столба ртути этого инструмента есть результат коллективного действия всех давящих на него газов: кислорода, азота, водяных паров и проч. Чем больше слоев давит на воздух, непосредственно окружающий земной шар, тем сильнее будет испытываемое им давление, т. е. тем меньше будет, по закону Мариотта, объем, тем больше будет плотность его внизу в сравнении с плотностью находящегося наверху. Закону этому повинуются и водяные пары, но только до известных пределов. Как только пределы эти достигнуты – водяные пары теряют свою форму газов, превращаясь в воду. Чем насыщеннее воздух водяными парами, тем больше, конечно, будет и давление и тем ниже пределы, в которых совершается это претворение в капельно-жидкое состояние. Поэтому данный объем, напр. кубический метр, может содержать в себе только определенное количество водяных паров; и притом оно изменяется с температурой, увеличиваясь вместе с ней. Если наступает охлаждение сырого воздуха ниже точки насыщения, то водяные пары, принимая форму маленьких шариков, являются в виде облаков или тумана; если температура опять поднимается, они опять превращаются в газообразную форму; если, напротив, температура понижается еще ниже – мелкие шарики облаков сливаются в более крупные капли, падающие в виде дождя или снега, если этот процесс совершается при температуре ниже точки замерзания.

После установления теории водяных метеоров трудами Дальтона и Гей-Люссака оставалось заняться практическим ее применением; нужно было изучить и найти законы, по которым содержание водяных паров в атмосфере изменяется во времени и в различных местностях; определить высоту облаков, т. е. высоту тех слоев, в которых по преимуществу совершается претворение паров в воду; показать распределение дождя и вообще метеорологических осадков в различных странах и в разные времена года и измерить количество воды, падающей во время каждого дождя или в течение круглого года.

Для измерения количества водяных паров, содержащихся в воздухе, необходимо иметь инструмент, его определяющий. Такие инструменты, известные под названием гигрометров, известны уже давно и приготовляются из различных растительных или животных веществ, изменяющихся в сыром воздухе. Так, прежде употребляли для этой цели струны, волосы человеческие (Соссюр), китовый ус (Делюк), расправлявшиеся в сыром воздухе и показывавшие на циферблате степень сырости. Новейшие аппараты, приспособленные для этой цели, конечно, гораздо совершеннее, так как они показывают даже точку, когда вода переходит из газообразного состояния в капельно-жидкое.

Гигрометрические наблюдения Гумбольдта, произведенные им во время его американского путешествия при посредстве аппаратов Соссюра и Гей-Люссака, показали, что в равноденственной полосе Америки воздух в ясные дни содержит значительное количество сырости, превосходящую почти вдвое сырость, замечаемую в средней Европе даже в летние месяцы. Но это замечается только на равнинах; на высотах содержание водяных паров атмосферы падает быстро, так что на значительных горах оно не достигает даже того количества, которое находим в Европе при ровной температуре в долинах.

Нижний предел высоты густых облаков Гумбольдт определил в 615, верхний – в 1 700 – 1 800 туазов. Редкие облака, известные под именем барашков, находятся гораздо выше. Гумбольдт и Бонплан определили высоту их по крайней мере в 4 100 туазов.

Монография Гумбольдта – De l’influence de la déclinaison du soleil sur le commencement des pluies équatoriales [1818] – представляет особенный интерес потому, что она дает возможность изучать распределение погоды под тропами, как местности, представляющей исходный пункт для всех почти метеорологических исследований. Мы уже выше упоминали, что под тропами все метеорологические явления отличаются необыкновенной правильностью, и не подлежит сомнению, что если бы метеорология начала здесь свои наблюдения, она сделала бы гораздо большие успехи, чем те, которые она может предъявить в настоящую минуту на основании наблюдений, сделанных в умеренном поясе. Гумбольдт изучает здесь распределения времен года. Как у полярных кругов известны только два времени года, холодное и теплое, или время года ночи и дня, так и в тропической полосе их тоже два: жаркое и дождливое, или, по выражению индейцев, время солнца и облаков. В более теплых местностях умеренного пояса дожди падают тогда, когда Солнце стоит низко, т. е. в то время года, которое соответствует нашей зиме. Тогда там период дождей. В местностях же тропических наступает самое дождливое время, когда Солнце приближается к зениту, т. е. в период, соответствующий нашему лету. С декабря по февраль нет там ни облачка на небе; ветры дуют с востока к северо-востоку – это пассат – ветер, приносящий воздух из холодных стран к тем, над которыми стоит солнце. Воздух, переходя из холодных местностей в теплые, нагревается и, как выше упомянуто, при высшей температуре он получает способность принимать в себя больше воды, то при этих условиях, не может быть речи о метеорическом осадке в виде дождя. Там повторяется то же, что случается в наших местностях, когда у нас дует северо-восточный ветер. И у нас стоит тогда ясная погода; но в наших местностях ветер этот постоянно чередуется с юго-западным ветром, приносящим дождь, между тем как под тропами в течение названных месяцев этого не случается. В конце февраля гигрометр начинает показывать увеличивающуюся сырость; ветер стихает и переходит нередко в затишь; на юго-юго-востоке показываются облака; по временам замечаются электрические разряжения; направление ветра переменяется к западу и юго-западу и к концу апреля начинается период дождей и гроз; небо заволакивается грозными тучами; дождь льет в течение целого дня, переставая к ночи. Период этот длится до тех пор, пока солнце не отклонится опять к югу, когда для северного полушария наступает холодное время. Тогда здесь опять начинается северное течение, а с ним вместе и ясная погода.

Гумбольдт не только описал эти явления, но и объяснил их вполне удовлетворительно. По теории Галлея явление пассатных ветров обусловливается совокупным действием Солнца и вращения Земли: первое – причиной движения воздуха к экватору как тому месту, где он теплее; второе – обусловливает вращение на запад. На северном полушарии течению воздуха, направляющемуся из северо-востока к юго-западу, соответствует течение в противоположном направлении; у нас оба течения направляются рядом друг с другом. Сменяя одно другое; в местностях же, лежащих в незначительных широтах, полярное течение находится всегда внизу (пассат), другое же – всегда наверху. Так как от каждого полюса направляется пассат, то они должны где-нибудь встретиться, и они встречаются там, где Cолнце стоит выше, где теплота самая значительная. До тех пор, пока ветер может направляться из более холодного места в более теплое, дождь, по причинам вышеизложенным, образоваться не может; но там, где температура самая высокая, горизонтальное движение в высокой степени пресыщенного водяными парами воздуха прекращается, он поднимается вверх, расширяется, но при этом и охлаждается и теряет часть своей воды, которая и падает в виде тропического дождя.

Пояс, на пространстве которого падают тропические дожди (Kalmenzone [45] 45
  Области практически полного штиля рядом с Экватором, особенно между 10° южной и 10° северной широты, в т. н. внутритропической зоне конвергентности или экваториальном поясе. В этих областях встречаются постоянно дующие северо-восточные пассаты северного полушария и юго-восточные пассаты южного полушария. Разогревающийся воздух при этом образует крупные формации облаков и поднимается на высоту тропопаузы.


[Закрыть]), с которым познакомил нас Гумбольдт, окружает земной шар на пространстве 8-10 градусов ширины. Он прерывается только в Индийском океане муссонами.

Найденные Гумбольдтом законы испытывают, как он сам объясняет, некоторые исключения, обусловливаемые местными причинами. Они и причиной, почему местами горы и берега представляют противоположные периоды дождей.

В нашем климате самое большее количество метеорической воды падает в течение лета, так как это время года отличается самой высокой температурой, вследствие чего атмосфера получает возможность насыщаться большим количеством водяных паров, и с другой стороны – освобождаться от них. Под экватором теплая погода стоит круглый год, в особенности же в период дождей, так что причина, обусловливающая у нас более сильные дожди, сказывается там гораздо сильнее. В то время, как в Европе, по наблюдениям Гумбольдта, редко падает в течение часа больше 4 линий дождя, в Гваяквиле он выпадает в продолжение того же времени 1 8/10 дюйма! Этим объясняется, что под тропами, несмотря на то, что там гораздо больше ясных дней, чем у нас, количество выпадающего там дождя гораздо значительнее, чем в умеренном поясе. Оно там достигает средним числом 70 дюймов (в некоторых местностях и больше!), между тем как в Европе оно равно только 22 дюймам. Впоследствии Гумбольдт показал количество дождя в тропических странах гораздо выше – 110– 112 дюймов. Новейшие наблюдения дали в некоторых местностях еще более высокие цифры: 151 д. в Кайенне, в Херапонье, у склона Коссиагиля, на высоте 4 500 футов, 610 дюймов!

Точно так же как количество дождя в виде исключений может значительно увеличиваться, оно может в некоторых местностях и уменьшаться от влияния местных причин. Так, в Кумане количество его не превосходит 7 и 8 дюймов; вдоль же берега Перу дождь вообще не падает.

VIII

Изобретение цианометра – Изучение рефракции света

Синева неба, свободного от туч, не всегда и не везде одинакова; летом оно темнее, зимой – яснее. Выражение: «итальянское небо», т. е. темное небо, вошло даже в пословицу. Соссюр, сознавая необходимость сравнивать между собой разные состояния синевы неба, придумал для определения их особый инструмент, названный им цианометром. Он состоит из 53 полос, наклеенных на круг представляющих постепенные переходы от белого цвета через все возможные ступени синего до черного, названные им градусами цианометра. Синева данного места неба определяется тождественностью его с одним из этих градусов, определенной непосредственным наблюдением.

Синева неба – есть действие воздуха. Если бы не было его, оно казалось бы нам совершенно черным. Чем плотнее слои воздуха, через которые мы смотрим на небо, тем цвет его больше приближается к белому, и потому синева неба в зените насыщеннее, нежели на горизонте. Измерения этих оттенков, произведенные Гумбольдтом на Атлантическое океане (соответствующие довольно близко определениям Соссюра на Женевском озере), показали, что под 1° высоты, следовательно, очень близко к горизонту, цианометр показывает от 2,5° до 3°; под углом 60°-21°– 22°, а в зените – 22,4°-23,5°. При наблюдениях в зените Гумбольдт нашел, что под тропами синева насыщеннее: в то время, как средняя синева в Париже (при 25° теплоты) 16-17°, она доходит под тропами, тоже на равнине, до 23°. Самые великолепные испанские и итальянские ночи, по уверению Гумбольдта, нельзя сравнить со спокойным величием тропических. У экватора все звезды блестят спокойным планетарным светом; мерцание едва заметно на горизонте. Самые слабые телескопы под тропами кажутся гораздо более сильными; так значительна и постоянна прозрачность тамошнего воздуха!

Если тропический воздух кажется темнее нашего, то из этого следует, что там из числа лучей, исходящих из солнца, пропадает на пути их к земле менее, нежели у нас, а если это так, то понятно, что количество достигающих земной поверхности лучей там больше, чем у нас. Явление это, равно как влияние солнечных лучей на физиологические отправления растений, на их дыхание, цвет, отложение азота, не укрылись от наблюдательности Гумбольдта. Этому ничем не ослабленному влиянию лучей он приписывает и ароматичность горных растений. Им же объясняет он странное чувство расслабления, испытываемое жителями Кито и Мексики, когда они, поднявшись на высоту 3 000 – 4 000 метров, испытывают жгучесть лучей не так ослабленных, как достигшие поверхности земли.

Известно, что луч солнечный, проходя через разные слои атмосферы неодинаковой плотности, отклоняется от своего первоначального направления, описывая на пути кривую линию. Исключение из этого закона представляют только такие лучи, которые, исходя из зенита, направляются к поверхности земли в перпендикулярном направлении, нигде не преломляясь. Как только светящееся тело не находится в зените места наблюдения, лучи тотчас уклоняются, искривляясь тем сильнее, чем больше расстояние от зенита. Так как более плотные слои воздуха находятся внизу, то выпуклая сторона образуемой лучом кривой линии обращена кверху, и потому, следя в направлении последнего пути назад, светящаяся точка кажется нам лежащей ближе к зениту, чем она находится в действительности. Глаз наблюдателя ищет виденный предмет на продолжении того направления, которое имел луч прежде, чем он проник в глаз, и если луч на пути своем изменил свое направление, то глаз не видит светящейся точки в том месте, где она действительно находится. Мы видим, например, изображение предмета в зеркале. Свет прошел в этом случае путь от видимого предмета к зеркалу, отразился в нем, изменил свое направление и проникает по этому новому направлению в глаз наблюдателя. Последний видит таким образом предмет или, вернее, изображение его, в продолженном назад от зеркала направлении, которое имел луч перед непосредственным входом в глаз, т. е. глаз видит предмет за зеркалом.

Вследствие уклонения света от своего пути в воздухе мы никогда не видим звезды, не находящейся в зените, на том месте, где она находится в действительности; она всегда кажется приближенной к зениту; словом, мы видим ее всегда выше, чем она находится на самом деле. Едва только восходящая звезда кажется нам находящейся над горизонтом на высоте около полудиаметра луны; если же мы видим ее на самом горизонте – то она в действительности еще и не показалась на нем.

Из сказанного будет ясно, какую важную роль играет в практической астрономии это свойство света. Если мы желаем основать вычисление пути какого-нибудь светила на наблюдении, то необходимо при этом знать настоящую высоту его, а это невозможно, не зная точно величины лучепреломления.

Вопросом этим занимались уже древние, хотя и не решили его вполне удовлетворительно. Тихо Браге и Ротман, обратившие внимание на действие нагретой почвы, утверждали, что рефракция света должна быть неодинакова в различных странах. Кеплер подтвердил это положение. Чем плотнее воздух, тем сильнее должно быть действие ее, а так как теплота уменьшает плотность воздуха, то она и уменьшает рефракцию. Низкий столб ртути в термометре и высокий в барометре усиливают ее. Карл XI, король шведский, Споле и Билемберг делали наблюдения над нею в Торнео. Вычисления, сделанные на основании их, Кассини и Пикаром, показали, что рефракция в Лапландии вдвое сильнее, чем в Париже, между тем как Бугер нашел ее для экватора меньше. Напротив, Лежантиль, на основании наблюдений, сделанных им в Пудучерри, считал рефракцию под тропами выше. Вопрос, таким образом, оставался спорным и его следовало решить. Из многочисленных астрономических наблюдений, сделанных Гумбольдтом во время его путешествия для определения географической долготы и широты различных мест, можно было вычислить рефракцию. Ольтманнс, занявшись этим, пришел к результатам Лежантиля, противоположным Бугеру. Гумбольдт посвятил тоже этому предмету в первом томе своих Observations astronomiques [1810.2] целый отдел. Так как отдельные газы не имеют одной и той же способности рефракции, то он применил к этим исследованиям свои прежние химические исследования насчет состава воздуха, о которых мы упоминали выше. Не менее внимания обратил он на влияние сырости, теплоты. Исследование этого вопроса показывает наглядно, как естественные науки тесно связаны между собой; как одна оказывает пособие другой даже в случаях, когда по общему отношению между ними это не следовало бы вовсе ожидать. Какую, кажется, связь может иметь химия, занятая исключительно исследованием земных тел, с астрономией? А между тем она дала нам еще в последнее время, при посредстве спектрального анализа, ответ насчет составных частей небесных тел, и к ней же обратился Гумбольдт с вопросом: нельзя ли из различия химического состава заключить о различии рефракции лучей. Она дала ему ответ отрицательный, ибо химический состав атмосферы, по крайней мере, что касается содержания ее кислорода и азота, остается почти неизменен; содержание углекислоты слишком незначительно, а водяные пары оказывают такое же влияние, как и сухой воздух. Мы видим здесь, что положительное исключение возможности постороннего влияния на известное явление часто играет такую важную роль в науке, как и метод, научающий нас средствам устранить его.

Таким образом, так как химический состав воздуха не оказывает влияния на рефракцию, то остается только принять в расчет температуру и плотность его. Так как первый из этих двух факторов уменьшается по направлению кверху очень неравномерно, то все определение делается вследствие того очень неопределенным и наблюдения над звездами получают только тогда известную цену, когда наблюдаемый предмет отстоит от горизонта по крайней мере на 15°.