П.А. Кропоткин
С.-Петербургские ведомости. 1867–1868.
II. Воздухоплавание. — Изобретение Лувриè // 1867. — № 333, 2 (14) дек.
III. Спектральный анализ. Наши сведения о составе и строении звезд и туманностей // 1868. — № 17, 18 (30) янв.
Машины, приводимые в движение сжатым воздухом. — Выгоды, которые они могут представить. — Рабочая сила, как товар. — Доставка ее на дом, по квартирам. — Проект рабочей слободы.
В предполагаемых под этим заглавием статьях мы намерены от поры до времени знакомить читателя с наиболее интересными открытиями и исследованиями в области естественных наук и их приложений к промышленности. Пусть читатель не думает найти здесь, при скромном объеме наших заметок, полный обзор всего интересного, чтò будет сделано на этом поприще; мы не будем гоняться за всеобъемлющею полнотою, а лучше постараемся дать сколько-нибудь ясное понятие о немногих предметах, чем сообщать кучу фактов, которые проскользнут в памяти без следа; пусть также не ждет он от нас, что мы тотчас же будем доводить до его сведения обо всяких интересных открытиях в исследованиях, — ни время, ни средства этого не позволят. Нам часто придется сообщать о работах, сделанных несколько месяцев тому назад. Предметом первой нашей беседы мы избираем технические приложения естествознания.
Известно, какой переворот во всей промышленности, следственно, и во взаимных отношениях людей, даже в ходе их умственного развития, произвело открытие силы пара, изобретение паровой машины, приложение ее ко всем тем миллионам разнообразнейших производств, ныне делаемых помощью одного двигателя — пара, производств, часто недоступных рукам человеческим либо вследствие громадной требуемой ими силы, либо вследствие слишком большой требуемой ими тщательности в отделке.
Но между тем как приложение силы пара достигает в настоящее время апогея своего развития, с другой стороны, как в ученом, так и в промышленном мире уже повсюду поднимаются жалобы против паровой машины. Находят, и совершенно основательно, что паровая машина уже слишком много пожирает топлива, сравнительно с тою работой, которую она производит; находят и другие, весьма существенные, неудобства, например, громоздкость машины, делающую ее уже совершенно неприменимою к воздухоплавательным снарядам, и многие находят, что вопрос о воздухоплавании тогда только будет решен, когда изобретут двигатель менее громоздкий, при той же силе. Наконец, в паровом двигателе есть еще много других неудобств, хотя, по-видимому, в мелких, но мешающих более обширному его приложению; так например, имея паровую машину, необходимо ее топить, что, при известных условиях, может служить источником пожаров, нужно строить высокие дымовые трубы, и т.д.
Поэтому в настоящее время многие, часто даже лучшие умы работают частью над тем, чтобы усовершенствовать паровые двигатели, частью над тем, чтобы совершенно вывести их из употребления, заменив другими двигателями, не имеющими упомянутых нами неудобств. Трудно, конечно, перечислять не только различные двигатели, но даже в различные роды двигателей, — двигателей, в которых старались либо заменить водяной пар парами эфира, газом или нагретым воздухом, либо воспользоваться силою сжатого воздуха или воды, либо, наконец, воспользоваться силами другого рода, например, электричеством, или даже силою солнца. Парижская выставка с ее бесчисленными представителями усовершенствованных двигателей, паровых и основанных на действии других сил, может служить блистательным подтверждением того, что это стремление действительно существует. Не имея возможности обозреть все эти двигатели, мы намерены в этой заметке упомянуть об одном из них, которому, по нашему мнению, суждено играть важную роль в будущем, не только потому, что он может стать более дешевым, чем паровой, но еще и потому, что он в высокой степени обладает одним неоцененным качеством, о котором мы скажем ниже.
Мы говорим о сжатом воздухе.
Каждый из наших читателей знает, что если, например, взять надутый воздухом пузырь, из которого воздух не может выйти, и сдавливать этот пузырь рукой, то, употребив некоторое усилие, можно несколько сжать его; если отпустить руку, то пузырь примет прежнюю форму, и при этом возвращении воздуха к тому объему, который он занимал до сжатия, воздух может произвести некоторую работу, например, поднять или отбросить что-нибудь положенное на пузырь. Ясно, следовательно, что если взять трубку с поршнем и впустить в нее, — под поршень, — предварительно сжатого воздуха, то этот воздух, стремясь придти в первобытное состояние, может поднять поршень, следовательно — произвести некоторую работу.
Помощью некоторых приспособлений можно достигнуть того, что поршень будет подниматься и опускаться как в паровой машине; вся задача будет, следовательно, только в том, чтоб предварительно сжать воздух. — Но чем? Для этого все-таки нужна сила. Неужели обратитесь к той же силе пара? Но обращаться к силе пара вовсе невыгодно (за исключением случаев, о которых мы скажем ниже). Нужно содержать паровую машину, чтоб она сжимала нам воздух, затем — другую машину, которая действовала бы сжатым воздухом, следовательно, вместо одной — две, а известно, что во всякой машине бывают неизбежные траты, силы на трение колес об оси и т.п., и, наконец, нужны люди для ухода за нею. Действительно, задача была бы нелегкая, если б мы не имели других сил. Но мы забываем, что в природе есть громадные силы, которыми мы слишком мало пользуемся, например, сила ветра и сила воды.
«Эти две силы, говорил один известный французский инженер, Андро (Andraud), который еще в тридцатых годах проповедовал эти истины, должны будут сжимать вам воздух». «В водах Роны, — говорил он, — достаточно силы, чтоб двигать в 1000 раз более машин, чем их теперь существует на земле». Для этого он предлагал, — везде, где будет нужно и возможно, устанавливать ветряные мельницы и водоливные колеса, которые помощью насосов сжимали бы воздух в каком-нибудь большом резервуаре, а этот сжатый воздух — употреблять как двигатель. «Понятно, — говорил он, — что герметически закупоренные сосуды с воздухом, сжатым до желаемой степени [11], легко могут быть перевозимы из одного места в другое и сохраняемы. Нужно, чтоб каждый мог иметь силы в своей кладовой, как теперь мы имеем в конюшне лошадей для тех работ, которые мы завтра захотим сделать. В различных местах можно будет устроить резервуары, куда каждый придет со своим сосудом получать силу за ничтожную плату, как теперь водовозы берут воду y фонтанов. Сила сделается товаром». И затем он доказывал возможность употреблять сжатый воздух в машинах неподвижных, равно как и в локомотивах, локомобилях, пароходах и т. д. И действительно, машины, работающие сжатым воздухом, уже нашли себе промышленное приложение, например, при разработке каменного угля под руслом Луары, при постройке мостов в Келе (на Рейне) и в Париже и, наконец, при прорытии тоннеля через Мон-Сени на железной дороге, пересекающей Альпы. Тут, в тоннеле около 12 верст длиною, нельзя было работать паровою машиной, не задушив рабочих, которые и без того должны были страдать от недостатка воздуха. Машины же, работавшие сжатым воздухом, не только не портили его, но даже прекрасно его очищали — служили вместе с тем и вентиляторами [2].
При этих же работах открыли весьма важное свойство сжатого воздуха: будучи проведен через длинные трубы, он доходил до машины почти в такой же степени сжатости, при какой был отправлен по трубе — словом, почти не терял своей силы. Это обстоятельство чрезвычайно важно. Если Андро хотел, чтоб воздух переносили в сосудах, герметически закупоренных, то теперь мы имеем в руках другой, гораздо более удобный способ доставки. Он может быть проведен по трубам в каждую квартиру, где всякий, имеющий воздуходвигатель (aéro-moteur), может пользоваться силою, как мы теперь пользуемся водою или газом. Рабочий, имеющий воздуходвигатель, способный приводить в действие его станок, открывает кран и пользуется силою такого рода, против которой не может восстать ни хозяин дома, ни его соседи, между тем как они, и совершенно основательно, восстанут против употребления в квартире паровой машины.
С помощью прибора, подобного употребляемому для учета сгоревшего газа, всегда можно знать количество сжатого воздуха, израсходованного в каждой квартире. Трубы, аппарат для учета и воздуходвигатель могут быть установлены в несколько часов, если приборы заготовлены заранее. Наконец, воздух, выходящий из машины, очищает воздух в квартире. Известно, что в альпийском тоннеле сперва стали употреблять сжатый воздух лишь с целью очищения воздуха.
Опыт подобного приложения сжатого воздуха в одном из тех кварталов Парижа, где наиболее развита мелкая ремесленная производительность, имеют в настоящее время в виду привести в исполнение гг. Бьез и Галяр (Biez et Galard). Но так как этот опыт будет сделан лишь в малых размерах, то нет надобности прибегать к дорогой установке водяной или ветряной мельницы (которая будет стоить дешевле паровой машины лишь после продолжительного употребления, когда сбережение топлива покроет излишние издержки по первоначальной установке), а достаточно для опыта употребить паровую машину в 25 сил, которая сжимала бы воздух и рассылала его по квартирам, тем более, что и тут получится значительная экономия, так как содержание паровой машины в 25 сил стоит несравненно дешевле, чем содержание десятка паровых машин в одну силу, и вследствие этого сила, полученная от гг. Бьез и Галяр, будет стоить рабочему гораздо дешевле, чем если бы каждый ремесленник имел свою особую машину [3].
Вообще в теперь уже видно, что этому приложению знания к промышленности, медленно пробивающемуся на свет, как всякая новая идея, суждено играть немаловажную роль в жизни человечества. Практически она осуществится тогда, когда проникнет в среду ремесленников, когда рабочий сам воочию убедится в пользе употребления машинного двигателя, вместо ручного, во всяком мастерстве. Чтоб привести в исполнение первую часть предположений Андро, нужно дружное содействие многих капиталистов-фабрикантов в усовершенствование ветряных и водяных двигателей большего размера, из которых особенно первые находятся еще на весьма низкой степени развития.
Вообще мы видим здесь две важные идеи, которые необходимо должны пробить себе путь в промышленном мире: 1) замену топлива, сообщающего пару его силу, его свойство расширяться и производить работу, — словом, его упругость, — почти даровыми силами ветра и воды, причем то неудобство, которое постоянно приводится против этих двигателей, именно их непостоянство, устраняется тем, что они не прямо приводят в действие станки фабрики, a сперва сжимают воздух в громадных резервуарах в то время, когда дует ветер, или вода не замерзла, a оттуда уже сжатый воздух, равносильный пару, проводится в машины в желаемом количестве и в то время, когда он нужен; 2) возможность для каждого рабочего пользоваться на дому дешевою силой в желаемом количестве для всяких работ.
Первую мысль, как мы уже сказали, весьма еще трудно привести в исполнение; вторая уже исполняется Бьезом, Галяром и Сегэном (Séguin), тем самым, который изобрел паровые котлы с трубками, локомотивы большой скорости, определил механический эквивалент теплоты задолго до определения его Мейером, и вообще отличался в своей деятельности соединением теоретического знания с дешевым, хорошим и скорым приложением на практике теоретически добытых результатов.
В настоящее время Сэген приобрел уже землю с целью устроить на ней рабочие слободы (cités ouvrières), где между прочим он намерен выполнить эту вторую мысль, о которой мы сейчас говорили. Он намерен устроить слободу, где в центре помещалась бы паровая машина, напр., в 8 или 15 сил, которая сообщала бы движение лучеобразно расходящимся осям, проходящим через все мастерские, помещающиеся вокруг центрального здания. В этих мастерских, или квартирах даже, каждый рабочий, не имеющий возможности употреблять для своего мастерства паровой двигатель, с помощью ремней или вообще приводов может прилагать силу пара для всевозможных целей: чтоб приводить в движение любые станки — точильные, кузнечные, токарные, столярные и т.п. Паровая машина с помощью приводов поднимает также людей, или тяжести в самые высокие этажи домов. Мало того, самые простые домашние приборы, напр., для разматывания или наматывания всяких нитей, швейные машины, ткацкие станки и пр. и пр., — все они могут быть приводимы в движение с помощью пара.
Воду, происшедшую от сгущения пара, Сегэн думает не выбрасывать, как это делается обыкновенно, а проводить в общественные бани, где, будучи профильтрована и очищена, она должна служить для стирки белья. Полоскание белья будет производиться в резервуаре, получающем чистую воду из того же резервуара, который снабжает водою паровую машину.
Нагретый воздух обыкновенно выбрасывается в атмосферу еще в очень теплом виде, и теплота его обыкновенно пропадает даром; но она может быть употреблена с пользою, и Сегэн думает помощью железных труб проводить его на чердаки для сушки белья.
Такова мысль, брошенная в публику Сегэном, не теряющим надежды на закате дней своих увидеть практическое ее осуществление.
Предоставляем судить всякому знакомому с тем, как пользуются силою пара в больших мастерских, насколько осуществимы предположения Сегэна, а для незнакомых советуем посмотреть хоть в Кронштадте, сколько различных станков и машин в различных зданиях приводит в движение одна паровая машина. Вся разница будет только в том, что в излагаемом нами проекте машина будет приводить в движение станки, имеющие целью улучшение быта рабочего, а в мастерских вроде кронштадтских — выработку орудий истребления человечества.
1. Его можно сжимать так, чтоб он занимал объем в 100–120 раз меньший, чем обыкновенно, т.е. 100–120 кубических сажень воздуха обратить в одну кубич. сажень во 100–120 раз более упругого, чем обыкновенный воздух.
2. В настоящее время тоннель еще не кончен, но 14-го августа нынешнего года первый пробный поезд торжественно пересек Альпы и, выйдя из Франции, дошел до линии итальянских железных дорог, поднявшись на Мон-Сени по рельсам, проложенным на обыкновенной дороге, с локомотивом особой конструкции.
3. Для тех, кто поинтересуется этим вопросом, укажем на следующие сочинения: Andraud. De l'air comprimé employé comme moteur. 1839. Foley. Du travail dans l'air comprimé. Gaugain. Notice historique sur l'emploi de l'air comprimé. Biez et Galard-Béarn. Dietrib. à domicile de l'air compr. comme force motrice.
Воздухоплавание. — Изобретение Лувриè.
Излишне было бы вдаваться в рассуждение о том, какие перевороты в жизни человечества должны будут произойти тогда, когда воздухоплавательные снаряды, столь же послушные, как наши пароходы, будут рассекать волны воздушного океана, когда горные хребты, ненаселенные местности, безводные степи и непроходимые болота перестанут, наконец, замедлять человечество в его распространении по обитаемой им планете, и уничтожатся преграды, целые тысячи лет разделявшие между собою народы. Пусть только читатель припомнит все следствия изобретения железных дорог и пароходов, и тогда он поймет, какое значение для человечества может иметь изобретение воздухоплавательных снарядов. Но в настоящее время этот вопрос находится в руках людей, не имеющих средств даже для того, чтобы хотя в маленьких размерах сделать свои опыты, окруженных с одной стороны недоверием общества, с другой — снисходительным пренебрежением ученых; академии едва соглашаются выслушать мемуары, трактующие о воздухоплавании, и заявить в своих отчетах, что «такой-то прочел мемуар о воздухоплавании». Но ни равнодушие публики, ни высокомерная снисходительность ученых — ничто не в состоянии заглушить раз начавшееся движение, и мы видим, что число работающих над воздухоплаванием не уменьшается, а даже увеличивается с каждым годом. В последнее время, именно в мае, французская академия принуждена была выслушать очень лестный отчет, представленный г. Бабине об одном приборе, недавно предложенном г. Луврие (Louvrié).
Этот отчет, говорит один французский журнал, хоть сколько-нибудь поднял в общественном мнении вопрос, до того скомпрометированный, что академия уже не делала никакого различия между ним и квадратурой круга.
О проекте г. Луврие, который, по-видимому, представляет наилучшее до настоящего времени решение вопроса, мы намерены сказать несколько слов, но предварительно постараемся вкратце познакомить читателя с сущностью вопроса о воздухоплавании [1].
Мы почти уверены, что большинство наших читателей при мысли о воздухоплавании воображает себе большой шар, наполненный каким-нибудь газом легче воздуха, с привязанною под ним корзиной, поднимающею людей, шар, несущийся по воле ветра над городами, реками и полями, бессильный против воздушных течений и пользующийся только тем, что в одних слоях воздуха ветер дует в одну сторону, в других, выше или ниже лежащих, — в другую. Чтобы попасть из одного слоя в другой, либо выпускается газ, — и тогда шар опускается, либо выбрасывается балласт, и шар поднимается; но баласт и газ под конец израсходованы, и шар должен опуститься на землю.
Но не такая неуклюжая и непослушная машина носится в умах большинства людей, занимающихся вопросом о воздухоплавании. Каков бы ни был прибор, он должен бороться с воздушными токами, он должен иметь собственное движение, как лодка, корабль или пароход, или, вернее, рыба, плавающие на воде или в воде. Но как этого достигнуть? Так же, как это достигается у рыб, лодок или пароходов, т.е. помощью весел (плавательные перья рыб — те же весла), колес или винтов, как у винтовых пароходов. На этих последних преимущественно останавливаются изобретатели, как на самом совершенном двигателе. И опыты, и вычисления были сделаны для того, чтобы узнать, может ли винт, подобный пароходному, привести предмет в движение, если винт вращается не в воде, а в гораздо менее плотном веществе, каков воздух, — все привело к убеждению, что может; но винт в воздухе должен сделать несравненно более оборотов, чем в воде, для того, чтобы сообщить прибору то же движение.
Чем же вращать винт? Ясное дело, что не руками, а машиной. Но какою? — В этом-то вся трудность вопроса. Машина должна сообщить очень быстрое движение прибору, след., быть большой силы, след., быть довольно тяжелою; но, чтоб поднять большую, тяжелую машину, нужно иметь большой шар, так как маленький шар поднимает лишь маленькую тяжесть, и этот большой шар нужно заставить идти против ветра. Попробуйте с открытым зонтиком идти против ветра, в вы увидите сами, какую большую силу нужно для такого движения. Вычисления только подтвердили этот наглядный факт [2].
Действительно, если рассмотреть, какое сопротивление оказывает вода движению лодки, и какое оказывает воздух движению лодки таких же размеров, хотя и более легкой, но привязанной к большому шару, способному поднять ее, то сопротивление, оказываемое воздухом движению такого шара с лодкою, будет в 86 раз более, чем сопротивление воды такому же движению лодки таких же размеров, потому что лодка с шаром должна представить поверхность в 86 раз более, чем без шара. С другой стороны, воздух гораздо легче рассекать, чем воду (попробуйте пробежать в воде глубиной хоть в половину груди), даже в 800 раз легче, а потому все-таки для того, чтоб двигать лодку в воде, нужно в 10 раз более усилия, чем для того, чтоб двигать в воздухе такую же лодку, даже с приделанным к ней шаром. Поэтому, хотя в воздухе легче двигаться, чем в воде (попробуйте во время купанья пробежать в воде глубиною хоть в половину груди), но есть целая куча других условий, о которых здесь не место говорить, таких, что если их принять в расчет, то и окажется, что если для того, чтоб ваша лодка прошла с какою-нибудь скоростью по воде, нужно, положим, 10 лошадиных сил, то для того, чтоб она шла с такою же скоростью в воздухе (вместе с шаром) нужно не в 10 раз менее, a 8 таких же лошадиных сил. Разница, как видите, ничтожная, а между тем сравните удобства помещения машины в лодке или под шаром, вспомните, что для сообщения движения нужно более скорое вращение винта и т.д., и вы убедитесь, что большому шару нельзя сообщить большой скорости. А между тем это необходимо, чтоб бороться с ветром, который средним числом достигает скорости 3 и 6 саж. в секунду [3]. Далее, оказывается, что если взять очень выгодные условия, например, шар в 5 саж. и т.д., то для того, чтоб заставить его идти со скоростью 1½ саж. в секунду, уже нужно машину силой в 4½ лошади, следовательно, уже очень громоздкую машину. Словом, паровые двигатели не годятся, нужны другие двигатели, и один из них, изобретенный тем же Лувриè, может сообщить такому шару скорость 3 саж. в секунду, будучи весом около 6 пудов. Но только 3 саженей! Следовательно, такой шар уже не может идти против ветра в 6 саж. секунду; нужно лавировать, как делают парусные суда, помощью боковых крыльев, спускаться или опускаться помощью их же (заметьте, что это возможно, если шар сам одарен движением, даже не выбрасывая балласта). Все это низвело бы такое воздухоплавание на степень парусного судоходства, было бы сопряжено с громадными трудностями и не дало бы тех блестящих результатов, которых мы вправе ожидать от воздухоплавания.
Трудность управлять движением шара в присутствии сильного ветра была уже давно понята, и большинство исследователей работает теперь на другом пути. «Чтоб бороться против воздуха, нужно быть тяжеле воздуха», — вот девиз, избранный журналом «Воздухоплаватель» (L'Aéronaute), который издается несколько лет в Париже под покровительством Бабине, при сотрудничестве Надара, Лянделя и др. — «Как Надара? — может быть, спросит читатель, — ведь это Надар плавал на шаре Гиганте, — еще расшибся, бедняжка, когда свалился в Ганновере, еще блаженной памяти ганноверский король так ласково принял его и обрадовался, что к нему подданные валятся с неба?» Действительно, это был тот самый Надар, который руководился следующими, высказанными им самим, соображениями: если идти просить у публики милостыни на то, чтобы сколотить миллион франков для опытов над машиною, которая попытается плавать в воздухе, ничего не получишь, кроме дурака. Стало быть, надо собрать этот миллион другим путем: сделать невиданный шар, — зато уж последний, — показывать его и собирать деньги. А деньги необходимы, недаром Бабине высказывался, что «вопрос о воздухоплавании теперь стал только вопросом технологии и денежным вопросом».
К великому прискорбию, Надар не только не достигнул своей цели, но едва ли даже выручил затраченный капитал. Но чтò же делать с равнодушием публики?
Зато вопрос снова выступил на сцену, получил известность и вступил на новый, по-видимому, более плодотворный путь. Он стал предметом статей, фельетонов, публичных чтений [4], и во время одного из них Бабине показывал многочисленной парижской публике маленькие приборы, в которых двигательный винт приводился в движение обыкновенною заводившеюся пружиной, и прибор, — значительно тяжеле воздуха, — поднимался на воздух и держался в нем столько времени, на сколько хватало силы в распускавшейся пружине. Стоило вместо пружины подставить машину, которая приводила бы винт в движение, и вопрос был бы решен. Стало быть надо сделать опыт в больших размерах, а для этого нужны средства, — деньги, которых нет пока. Их не будет, пока публика не убедится в возможности достичь предположенной цели.
Воздухоплаватель Лувриè, сколько нам кажется, способен убедить в этой возможности, и мы вкратце поговорим о нем. Опыт над его изобретением был произведен в маленьких размерах, с строгостью, необходимою при физических опытах, и удался вполне, в чем удостоверяет нас акт, составленный несколькими французскими инженерами [5].
Прежде всего вспомним, как мы в детстве пускали змея: держали его несколько наклонно против ветра и удерживали его в этом положении помощью хвоста; затем, привязав бичевку к верхнему его концу, тянули эту бичевку, возможно сильно, — и змей поднимался.
В сущности, аппарат Лувриè, употреблявшийся для опыта — тот же змей, только к этому змею приделана лодочка на двух колесах, а змей можно различно наклонять относительно повозочки. Повозочку ставят на гладкую поверхность, привязывают к ней бичевку, которую тянут в горизонтальном направлении; когда бичевку натянут с достаточною скоростью, вследствие давления воздуха на наклонный змей, последний поднимается на воздух и поднимает с собой повозочку. Скорость, с которою тянули бичевку, измерялась с большою точностью, и послужила исходною точкой для дальнейших расчетов.
То, что удалось в малых размерах, должно удастся и в больших.
Представим себе пятисаженный змей, сделанный из проволочной ткани, намазанной гуттаперчею, натянутый на легкую раму, напр., из тонких железных трубок. Лодка, в 3½ саж. длины, сделанная из тонкой меди, помещается на двух колесах; в ней может улечься человек, a на носу и в корме помещается топливо; на корме же имеется руль. К лодке приделан змей так, чтоб его можно было наклонять по желанию. Все вместе, т.е. змей, лодка, человек, топливо и двигатель, о котором мы сейчас скажем, весит около 30 пудов. По расчетам оказывается, что для того, чтоб все это могло подняться на воздух и двигаться в нем, нужно собственное движение со скоростью около 7 саж. в секунду.
Подобной скорости не мог бы сообщить паровой двигатель, но вспомним, какую силу дает нам ракета, употребляемая в артиллерии, и с какою силой она уносит ядро. В двигателе Лувриè употребляется подобный прибор, т.е. две трубки из листового железа около полуторы сажени длиной, в которых помощью электрической искры производится взрыв нагретого петролеума [6] (неочищенного керосина), смешанного с воздухом. Эти взрывы приводят лодку в движение непрерывно следующими друг за другом толчками, подобными толчкам, которые сообщают птице взмахи ее крыльев. Мы боимся наскучить читателю, вдаваясь в более подробное описание двигателя Лувриè; скажем только, что самые точные вычисления и опыты показали, что помощью этого двигателя, весом в 4 пуда, можно, в случае надобности, достигнуть силы, равной сотне лошадиных сил, сжигая только 50 ф. петролеума в час. Скорость может быть увеличиваема по желанию. Следовательно, двигатель удовлетворяет тем условиям, которые от него требуются, остается воспользоваться им.
Для этого прибор ставится на гладкое и открытое место, змей наклоняется под углом около 15°, и при таких условиях прибору нужно сообщить скорость около 5–6 саж. в секунду.
Двигатель пускается в ход, в как только прибор достигнет скорости более 5 или 6 саж., он начинает подниматься по прямой линии, если впереди нет домов или других препятствий, по спирали, т.е. по кривой, завивающейся линии, если они есть, что достигается рулем. Если ветер силен, тем лучше; прибор скорее поднимется, змей всегда пускают во время ветра.
Когда вы поднялись до желаемой высоты, вы еще более опускаете змей и идете в силу скорости, сообщаемой двигателем, с полною скоростью в тихую погоду, с меньшею, как водится, при встречном ветре. Теперь, когда прибор имеет свое собственное движение, он управляется рулем и направляется туда, куда вздумает лететь находящийся в лодке человек. Спускается этот аппарат по наклонной линии, и опасности тут никакой нет. Управлять им очень просто, так как все дело состоит только в том, чтоб помощью крана увеличивать или уменьшать количество петролеума, притекающего в машину, и соразмерять углы наклонения змея.
Скорость, с которою движется подобный аппарат, может быть от 30 до 200 верст в час.
Теперь остается осуществить его в таких размерах, которые могли бы убедить публику в возможности и безопасности подобного воздухоплавания.
Будем ждать.
1. Для этого мы воспользуемся статьей, напечатанной в «Annuaire Scientifique» par P.P. Déhérain. 3-me année, 1864.
2. Нижеследующие расчеты взяты из письма Лувриè, напечатанного в журнале «Cosmos», 6 juillet 1867.
3. Обыкновенная скорость пароходов не более 2½ и 3 сажен в секунду.
4. В Англии основано даже общество воздухоплавания.
5. Доклад Бабине об этом аппарате помещен в «Comptes rendus des séances de l'Académie», май 1867; краткий отчет в «Cosmos», 27 juillet 1867. № 4.
6. После нескольких взрывов трубки нагреваются и согревают впущенный в них петролеум.
Влияние вырубки лесов на климат страны. — Средние температуры в лесу и вне леса. — Количество дождя. — Наблюдение Беккереля. — Высыхание ключей. — Реки и наводнения. Истребление лесами миазмов. — Необходимость новых наблюдений
В 1865 году французское правительство намерено было продать часть государственных лесов. Так как подобная продажа не оправдывалась затруднительностью финансового положения и в памяти общества были свежи картины последних наводнений, которые большинство публики приписывало истреблению лесов при верховьях рек, то это подняло старый, на время забытый вопрос о влиянии, оказываемом лесами на климат страны, вызвало противодействие в публике, исследования и споры и, наконец, побудило известного физика Беккереля снова приняться за исследование спорного вопроса, но уже не на основании свидетельств землевладельцев, исторических данных, или умозаключений, а на основании прямых наблюдений. То, что получено им из этих наблюдений, сообщалось Парижской академии с 1865 года, наиболее же интересные выводы — в прошлом году, и с ними-то мы намерены вкратце познакомить читателя. Мы полагаем особенно полезным обратить на это внимание теперь, когда у нас идет усиленная вырубка лесов по всей России. Не останавливаясь на том, насколько удобна у нас замена леса каменным углем, и что с развитием промышленности в стране возрастает потребность в строевом лесе, хотя в большинстве случаев он и заменяется камнем и железом, — словом, на хозяйственной стороне этого дела, мы остановимся только на климатической.
Какое же влияние на климат может иметь близость лесов? Например, на температуру, и прежде всего на температуру в самом лесу? Мы знаем, что днем почва сильно нагревается солнцем, а ночью стынет, теряет, как говорится, лучит, теплоту, и тем сильнее, чем яснее небо, так что, если другие условия одинаковы, то в пасмурную погоду ночь всегда бывает теплее, чем в ясную, и облака представляют нам как бы одежду, которая сама теряет тепло, но не дает остывать земле. Но положим, что почва покрыта лесом; тогда деревья своею листвою не будут давать ей так сильно нагреваться во время дня, а ночью, подобно облакам, будут мешать ей остывать. При этом нужно заметить еще одно обстоятельство: воздух над лесом всегда немного сырее, чем над окрестными полями, а это весьма важно, ибо замечено было, что если в воздухе есть хоть малое количество влажности, то она почти вовсе не мешает прохождению солнечных лучей, но очень сильно задерживает ту теплоту, которую теряет ночью всякое нагретое тело, выставленное под открытым небом, и вообще ту теплоту, которая исходит от всякой вещи нагретой, но не раскаленной, не светящейся [1]. Эта влажность еще более мешает остыванию почвы в лесу и даже самого леса. С другой стороны, необходимо принять в расчет и то, что если, например сравнить, как остывает ночью почва, не покрытая растениями, и какие бы то ни было растения, то окажется, что растения стынут гораздо скорее, листья деревьев еще больше. Если листья и предохраняют почву в лесу от остывания, то сами стынут весьма сильно, сильнее, чем соседняя почва, не покрытая лесом.
Необходимо было сделать наблюдения, которые одни только и могли решить, чтò больше — выигрыш ли тепла, или проигрыш, если почва покрыта лесом. Такие наблюдения действительно были сделаны, и показали, что проигрыш больше (впрочем, на очень малую долю). Наблюдений пока весьма мало, но они сделаны в пяти различных местностях — в лесу и вне леса — на полях в сотне сажен от леса, и сделаны весьма обстоятельно, в течение года. Оказалось, что в трех местностях среднее тепло, средняя температура в лесу на полградуса меньше, чем в поле (конечно, оба наблюдения делались в тени), в других же двух — всего на семь сотых градуса [2]. Но те же наблюдения показали, что есть другого рода выигрыш, весьма важный для всяких растений, — именно, что перемены температуры в лесу не так резки как в поле, т.е. что если температура за целые сутки в лесу немного меньше, чем в поле, то, с другой стороны, ночи в нем теплее, чем в поле; а каждому известно, что многие растения не могут расти, а главное, приносить плоды, в некоторых местностях только потому, что ночи слишком холодны, слишком рано начинаются утренники. То же самое замечено и относительно зим, которое оказывались в лесу на треть градуса теплее, чем в поле [3]. Словом, вообще тепло равномернее распределяется в лесах, чем на соседних полях; климат в них, можно сказать, умереннее, ближе к морскому, а это если и неощутительно для нас, то весьма важно для растений; и действительно, в одном из этих лесов Беккерель находил растение, свойственное Португалии, которое между тем мерзнет на полях. Но главным образом для нас интересно не то, какова температура в лесу, а какова она в местностях лесистых по сравнению с нелесиситыми.
Чтобы уловить это влияние, нужны самые тщательные наблюдения и непременно в большем числе местностей, так как на температуру влияют весьма многие условия, различные для различных местностей, и таких наблюдений еще не сделано, но, во всяком случае, уже по тому, что представляет сам лес, мы можем заключить, что оно весьма слабо, т.е. значительно менее полуградуса; если же лес и оказывает влияние на температуру соседних местностей, то не иначе как через посредство влажности в воздухе, к которой мы сейчас и перейдем.
Но прежде всего вспомним еще одно возражение, которое может быть сделано против наших выводов. Некогда Галлия (теперешняя Франция) и Германия были покрыты дремучими лесами, и климат в них был суровый, что затем леса были вырублены, и климат стал умеренным, каким мы его знаем теперь. Об этом было говорено не раз, написаны целые книги, но едва ли это справедливо, и во всяком случае не доказано. В то время не было инструментов, не делалось наблюдений, следовательно, и Цезарь, и Тацит судили о климате Галлии и Германии по сравнению с Италией и берегами Средиземного моря — ни более, ни менее, и естественно, что климаты Галлии и Германии должны были показаться им суровыми, по сравнению с Италией. Далее, Беккерель доказал, Цезарь не приводит ни одного факта суровости климата, который, как замерзание Роны, по временам не повторялся и теперь, но и Цезарь не говорит, чтобы оно бывало постоянно [4]. Много говорено было и о том, что теперь виноградные и оливковые деревья растут там, где прежде не росли; но разве это доказательство? Они росли и тогда во многих местах; если же теперь распространились на большее пространство, то только потому, что возделывание каждого растения распространяется лишь постепенно и зависит не только от климата, но и от подготовки почвы. Ясно, что в лесу нельзя разводить виноградник, даже и в самом благодатном климате. Впрочем, против этого воззрения есть и прямые доказательства: в Италии, где наблюдения температуры делаются уже со времен Галилея, т.е. более 250 лет, средняя температура не изменилась [5]. Так думают лучшие метеорологи нашего времени; мы же заметим с своей стороны, что если бы даже средняя температура климата в Галлии улучшилась со времен Цезаря, и именно вследствие вырубки лесов, то это доказало бы только, что расчистка лесов в стране, сплошь покрытой ими, действительно полезна, но теперь таких стран осталось уже мало, и мы не их имеем в виду, а местности, где леса, хотя бы и большие, перемежаются с безлесными местностями.
Если влияние лесов на температуру невелико, то нельзя того же сказать о влажности, — тут их влияние очевидно и непременно должно распространяться на соседние местности. Всем нам известно очень хорошо, как скоро высыхают поля после летних дождей, особенно в ясные солнечные дни, — только что упала вода, смочила сухие поля, как уже начинается их высыхание, более или менее быстрое, смотря по грунту; вода обращается в прозрачный невидимый пар и уносится в воздухе в другие места, или просачивается вглубь, откуда ее не могут достать корни растений. Совершенно иное представляют нам леса, особенно лиственные (не хвойные). Вода прежде всего встречает листья, частию останавливается ими и потом медленно стекает с них, далее встречает толщи моха и перегнивших листьев; они впитывают ее, как губка, и затем, под благодетельным покровом листьев, защищенные от солнца, долго удерживают ее и сохнут лишь весьма медленно, понемногу, и таким образом поддерживают влажность в воздухе в лесу и, конечно, над лесом. Часть воды просачивается вглубь в подпочву, а затем должна уходить еще глубже в горные породы; но глубокие корни деревьев и тут еще перехватывают ее на пути, рассылают по листьям, а листья выдыхают ее в атмосферу, где эта влажность неизбежно носится и над соседними местностями. Таким образом, леса представляют нам как бы резервуары сырости, важность которых станет понятна еще более, если мы обратимся к способам образования дождей.
Мы знаем очень хорошо, что если выставить на солнце мокрую тряпку, то она скоро высыхает, что содержавшаяся в ней вода обращается в прозрачный невидимый пар и разносится в воздухе, который всегда содержит некоторое количество этой влажности, происходящей от испарений из морей, рек, луж, влажной почвы и вообще всяких влажных предметов, от выдыхания животных и растений, в чем легко убедиться, если поместить растение под стеклянный колпак, который скоро покроется внутри росою. То же самое повторяется и в наших комнатах; но обыкновенно мы не замечаем этой влажности, и говорим, что воздух сырой только тогда, как он не может принимать в себя новое количество водяного пара, а напротив того, сам отлагает его в виде весьма мелких капелек, или в виде тумана. Но когда же воздух из сухого становится сырым, т.е. его влажность обращается в мелкие капельки или туман? Это зависит от степени нагретости воздуха. Например, в ясный зимний день мы не замечаем сырости в воздухе, то не замечаем ее и в своей комнате; но стòит отворить форточку, и мы увидим, что там, где в комнату врывается струя холодного воздуха, образуются клубы паров, облаков, — невидимые дотоле водяные нары, носившиеся в воздухе, обращаются в капельки или пузырьки воды, воздух становится сырым. Из этого и из бездны подобных же случаев мы можем заключить, что воздух, не казавшийся нам сырым, становится таким (т.е. носившийся в нем пар обращается в воду), когда охладится, хотя бы новых паров ниоткуда не прибавилось. То же самое повторяется и на открытом воздухе; вода испаряется, поднимается выше и выше, доходит до более холодных слоев воздуха, сгущается там и образует облака. Но она может сгуститься и не от одного охлаждения, а еще и от встречи с таким же теплым, но более сырым воздухом, ибо как бы ни был тепел воздух, но всегда есть предел, после которого пары сгущаются в воду, и воздух, говорят тогда, насыщен. Но с образованием облаков еще не всё кончено, и интересно знать, каким образом обращаются они в дождь. Причины такого перехода весьма разнообразны, но главная — это тоже охлаждение: достаточно, чтоб облака встретили более холодные слои воздуха или охладились сами, или вступили в еще более сырую атмосферу, и они сгущаются еще более, собираются в капли, которые падают на землю, захватывая по пути влажность из воздуха низших слоев. Теперь понятно влияние лесов. Положим, что ток воздуха, близкого к насыщению водяными парами, несется днем по равнинам, когда они уже успели высохнуть от предыдущих дождей; они нагреты, воздух над ними сух, а потому, гонимый ветром, воздух, смешиваясь с первым, становится еще суше, удаляется от точки насыщения и несет свои пары в другие места; но вот он приближается к лесу, здесь встречает влажный воздух, смешивается с его парами и приближается к точке насыщения, и как только встретится немного более холодный воздух, то непременно падет в виде росы, тумана или дождя. Ночью вершины деревьев, остывающие больше, чем окрестная почва, охлаждают этот воздух, и таким образом сгущают его пары, обращают их в воду, и они падают на лес и на соседние с ним местности. В этом легко убедиться и самому, замечая, как облака, доходя до сухой поляны, расплываются, исчезают, а вместе с тем собираются над лесами.
Но, несмотря на кажущуюся очевидность подобных соображений, есть всегда множество побочных условий, которые могли быть не приняты в расчет, а потому желательно было видеть подтверждение их в самих фактах. С этою целью были установлены дождемеры [6] в лесах, на опушке лесов и в некотором от них расстоянии, начиная от 30 саж. до 36 верст, наблюдения производились целый год, и оказалось, как и следовало ожидать, что вблизи леса, у опушки, падает больше дождя, чем вдали от него, и даже значительно больше, на одну четверть (в отношении 730∕585). В одном месте, в восьми верстах от леса, упало на 243 миллиметра (9,4 дюйма) более, чем в 36 верстах. В самом же лесу попадает в дождемер меньше воды, чем у опушки на четыре десятых, причем эта величина, конечно, весьма изменчива, смотря по породам, из которых состоит лес, по густоте его, по возрасту деревьев и т.п. Эти же наблюдения указали на весьма интересное обстоятельство, именно, что в местностях вблизи от леса наибольшее количество дождей падает летом, а вдали от него — осенью [7].
По поводу этих наблюдений можно было бы, конечно, заметить, что какая нужда была делать их, стоило обратиться к сельским хозяевам, и они, конечно, отвечали бы, что с вырубкою лесов засухи становятся чаще, ключи высыхают и т.д. Таких отзывов, действительно, можно бы собрать очень много, и у Беккереля целые страницы наполнены ими [8]; но мало того, можно было бы привести много исторических фактов, сослаться, например, на то, что Палестина, Северная Африка — некогда благодатные страны — с вырубкою лесов обратились в пустыни; можно было бы привести в пример окрестности Александрии в Египте, где теперь, после разведения хлопчатобумажных плантаций Мехмеда-Али, бывает 30–40 дождливых дней в году, а прежде, во время похода, французы видели только один дождь в течение восьми месяцев, и то лишь в продолжение получаса [9]. Но нельзя сравнивать этих свидетельств с подобными фактами, ибо везде можно подыскать другие причины для объяснения засух. И действительно, так и было сделано, когда правительству во Франции нужно было оправдать в публике продажу казенных лесов.
Но против сейчас приведенных фактов трудно спорить, не имея таких же фактов. Точно так же и в вопросе о ключах — любой сельский хозяин скажет, что ключи высыхают после порубки лесов, но против этого спорили, говорили, что ключи высыхают и от более сильного испарения, и от уменьшения дождей, но то и другое может происходить и от других причин, кроме вырубки лесов. Оставалось заняться фактами, и французские лесничие так и сделали — измеряли количество воды в ключах, да и после вырубки леса, и всегда оказывалось, что оно уменьшалось, и не на малое количество, а иногда просто вдвое.
Но уменьшение воды в ключах должно повлечь за собою уменьшение ее в реках и озерах. Для американских озер это доказано несомненно. Из наблюдений Буссенго видно, что в Венесуэле в одной и той же местности высыхали только те озера, вокруг которых вырубали леса. Для рек же это не так хорошо доказано, ибо реки высыхают часто и от других причин, например, Эльба и Рона. Но что несомненно имеет влияние на реки, и в особенности на их наводнения, так это значительные порубки в горах, где они берут начало. Это трудно доказать опытами, но стòит посмотреть, какое действие производит на склонах, поросших лесом, и на безлесных. В лесу вода большею частию вся уходить в почву, впитывается, и затем, после долгих подземных странствований, выходит в ключах, на безлесных же склонах она вымывает глубокие борозды, несет камни, грязь и песок, смывает плодоносную верхнюю почву и, засоряя реки, быстро поднимает в них воду и причиняет наводнения. Против этого трудно даже и спорить.
Но этим одним не исчерпывается влияние лесов на соседние местности. Из этих влияний особенно важно то, которое они оказывают на истребление всяких миазмов, носящихся в воздухе. В последнее время было доказано, что воздух кишит всевозможными мелкими микроскопическими организмами; их так много, и они так разнообразны, что многие достойные уважения ученые полагают даже возможным объяснять иные заразительные болезни присутствием особых миазмов. Как бы то ни было, но несомненно доказано, что леса способствуют истреблению этих миазмов, так что зараженный, проходящий над зловредными болотами [воздух], если он проносится через лес прежде чем дойти до известной местности, очищается от этих миазмов; и мы не будем удивляться этому, если вспомним, что леса способствуют образованию озона — особого весьма деятельного энергичного кислорода, который именно тем и характеризуется, что истребляет, так сказать, сжигает эти миазмы.
Мы не можем долее останавливаться над этими вопросами; напомним только, что вопрос о влиянии лесов чрезвычайно сложен, что влияние их зависит от многих условий, например, от положения, от того, от каких ветров они защищают данное место, от грунта, на котором лес растет, т.е. от того, какая почва выступит наружу после расчистки леса; наконец, от того, какие породы могут вырасти после вырубки леса, ибо часто замечено, что после вырубки некоторых хвойных лесов вырастают лиственные и т.д. Все эти условия должен был бы иметь в виду сельский хозяин, прежде чем приступить к вырубке или расчистке леса. Напомним, наконец, что наблюдения еще крайне скудны [10], и что желательно было бы иметь более наблюдений из различных местностей. В этом могут помочь нам наши сельские хозяева, ибо наблюдения над количеством дождей, крайне несложные, могут быть делаемы раз в сутки, и будут полезны даже тогда, когда делаются раз в неделю, если дождемер такого устройства, что вода из него не легко испаряется. Что же до тех, которые не могут обзавестись дождемером, то они не мало помогли бы делу наблюдениями над количеством воды в ключах до и после вырубки лесов и записывая количество дождливых дней.
Желающие ознакомиться с этим вопросом найдут очень много данных у Gasparin Cours d’agriculture, на которого ссылается весьма часто Беккерель; все известные до 1853 г. данные по этому вопросу вошли в книгу: Beckuerel, Des climats et de l’influence qu’exercent les sols boisés et non boisés; особенно много здесь исторических данных. Результаты наблюдений Беккереля польщены в Comptes Rendus за 22 мая и 26 июня 1865 г., 16 апреля 1866 г., и в 1867 г., 1-е полугодие, т. 64, с. 16 и 837. Исследования французских лесничих в Annales forestières и Revue des eaux et des foréts. Довольно поверхностные возражения Vaillant и его наблюдения над количеством дождей в лесу и на опушке в les Mondes, 20-го июня 1867 г. Из общепонятных изложений этого вопроса укажем на книги Россмесслера, Вода, гл. III, и Лес, и на прекрасную статью в Annuaire Scientifique 1866 года, т. 5-й.
1. Желающие подробно ознакомиться с этими исследованиями, найдут прекрасное, общедоступное изложение их в книге Тиндалля Теплота, рассматриваемая как род движения, переведенной г. Шимковым.
2. Нечего удивляться этой разнице. Стòит только вспомнить, какие тут входят различные условия, например, дуб, сосна, осина неодинаково стынут ночью, точно так же различно остывают и различные почвы, смотря по тому, из чего они состоят, — из глины, песка или чернозема, какими растениями покрыты и т.п. Наконец, есть бездна и других условий.
3. Comptes Rendus, 1867 г., первое полугодие, т. 64, с. 16. Разности между средними температурами лета оказались для трех местностей в 50 саж. от леса в 14,51, 14, 28 и 15,08 градусов стоградусного термометра, а в тех же местностях, но в лесу, эти разности были только 13,68, 12, 82 и 12,90 град., т.е. на 0,93, 1, 41 и 2,18 градуса меньше.
4. Becquerel. Des climates etc., p. 351.
5. Schmid. Lehrbuch der Meteorologie, S. 674 и 675.
6. Дождемер — это сосуд, достаточно глубокий, чтоб рыхлый снег не мог из него вываливаться, которого верхнее отверстие должно быть определенных размеров, например, 5, 6, 12 дюймов в поперечнике, или 1 кв. фут. Попадающая в него вода стекает через воронкообразное отверстие (покрытое иногда решеткой) в другой сосуд, из которого не может сильно испаряться, а из этого сосуда (удобнее всего через кран) сливается в большой стеклянный стакан с нарезками, показывающими, сколько собрано кубических единиц (дюймов, сантиметров) воды. Снег растаивают и измеряют таким же способом. Устройство дождемеров довольно разнообразно, но у нас на обсерваториях принят дождемер такого устройства, весьма удобный по своей простоте. Он стòит у оптиков, если сделать из цинка, с медным кольцом наверху, от 15 до 18 руб.
7. Comptes Rendus 1867 г., т. 64, с. 37.
8. Des climates, стр. 317–335.
9. Schmid. Lehrb. d. Met., S. 675.
10. Наблюдения над количеством дождей сделаны только во Франции в Лоарэ, в пяти местностях, и в девяти местностях в Дании.
Предсказания погоды в Англии, их возобновление. — Французская система. — Несколько слов об основаниях, на которых зиждутся предсказания погоды. — Циклоны и бури Европы. — Грозы. — Предсказания для земледельцев
Читателям, вероятно, уже известно, что с 1861 года в Англии было положено, по настоянию адмирала Фиц-Роя, начало предсказаниям погоды на следующих основаниях: наблюдения над погодой делаются в Англии в весьма многих местах; эти наблюдения ежедневно сообщаются по телеграфу в один общий центр — именно в Лондон, где рассмотрение всей совокупности этих наблюдений давало Фиц-Рою возможность предсказывать, какая погода ожидает через два дня различные части Англии.
Предсказания эти бывали очень определительны, — вот для примера одно из них: четверг 2-го января 1863 г. Вероятная погода до субботы: Ирландия. Ветер между севером и востоком, умеренный (5) [1]; небо покрытое. Внутренние части Англии. Ветер переменный, с востока, туман, дождь или иней в нескольких местах, и т.д. для северных, восточных, южных и западных берегов. Предсказания немедленно сообщались по телеграфу в главные порты, и, по получении телеграммы, там вывешивались условные простые сигналы, денные и ночные, которые давали возможность каждому капитану корабля, каждому рыбаку соображаться в своих действиях с тем, откуда завтра будет дуть ветер, в случае бури сидеть в гавани и т.д. (Они же, заметим, отдавали на суд всего общества предсказания Фиц-Роя, и каждый мог судить о степени их достоверности.) Были ли они достоверны? К сожалению, мы не знаем еще такого труда, где бы можно было найти сопоставление предсказаний с действительностью, и не можем привести здесь численных данных; мы не станем также приводить случаев, где недоверчивые капитаны и рыбаки поплатились за свое недоверие, хотя таких фактов бездна; скажем только, что когда Фиц-Рой умер, предсказания были прекращены; признано было, что их основы не научны. Вслед за тем стали поступать в парламент прошения с тысячами подписей от торговых людей с просьбами возобновить предсказания и с изъявлением готовности принять все издержки на свой счет. Британские съезды естествоиспытателей каждогодно выражали то же желание, и на последнем съезде, в конце прошлого года, было решено настоять на возобновлении предсказаний по прежней системе, что и приведено в исполнение в феврале нынешнего года.
Франция не замедлила последовать примеру своих вечных соперников и соседей, и вскоре начаты наблюдения в первоначальных нормальных школах, сообщавшиеся в Париж по телеграфу. Но предсказания парижской обсерватории приняли несколько иной характер. Нужно сознаться, что метеорология слишком еще молода, чтоб всегда с полною достоверностью угадывать погоду даже за два дня, хотя с каждым годом делает заметные успехи в этом деле. Фиц-Рой, в своих предсказаниях руководствовался более своею многолетнею опытностью образованного, бывалого моряка, чем общими научными законами. Хотя он своею громадною наблюдательностью и опытностью и поделился с читающим людом в особом большом сочинении [2], но так как эта книга заключает в себе менее общих законов, чем правил для разных частных случаев, то необходимо быть самому весьма опытным человеком, чтоб пользоваться его книгой как следует. Наконец, законы и правила, выведенные для одной страны, не все приложимы к другой, и каждая страна, прежде всего, должна основательно изучить разнообразные явления погоды у себя, чтоб вывести, в дополнение к общим законам, целую массу своих законов и правил. Вследствие этого, предсказания во Франции (хотя и распространялись даже на Петербург) были далеко не так определенны, как в Англии, а всегда высказывались в общих, большею частью слишком даже общих, выражениях. Но есть одна отрасль науки о погоде, метеорологии, которая изучена лучше других, именно законы бурь. Их приближение, даже путь подступающей к нам бури гораздо легче угадать, чем знать, будет ли у нас завтра дождь, или нет; наконец, ни одна буря не подвигается быстрее 100 верст в час, так что телеграф всегда может успеть предупредить те местности, которые должны лежать на пути несущейся бури; поэтому парижская обсерватория поставила себе главною задачей предсказывать бури, и в этом достигла почти такого же совершенства, как и лондонское метеорологическое бюро. А между тем решено собирать материалы, располагая их в таком виде, чтоб облегчить изучение их во всей их совокупности, и способствовать открытию законов, которые со временем дали бы возможность строго научно, безошибочно предсказывать погоду.
Читатель, вероятно, видал карточки, печатающиеся при «Сев. Почте»; они могут дать понятие о том, какая карта составляется ежедневно при парижской обсерватории. Берется карта Европы, на которой обозначены все станции, откуда получены сведения о погоде, и возле каждой станции обозначается, помощью простых условных знаков, высота барометра, температура воздуха, направление и сила ветра, состояние неба и т.д.; затем, так как для предсказания погоды барометр главный инструмент, то все местности, в которых барометр стоит на одинаковой (или почти одинаковой) высоте, соединяются линиями, и рассмотрение этих линий, в связи с ветрами, дает возможность предугадывать погоду. Этим делом занимается исключительно Марье-Дави. Изучение карт навело его на мысль, что грозы, град и дожди находятся в самой тесной связи с такими бурями, которых появление и пути довольно легко угадывать.
В этих последних предсказаниях мы, как земледельцы, прямо заинтересованы, и если в русской публике слишком уже мало было обращено внимание на предсказания Фиц-Роя, то нельзя не подивиться нашему равнодушию к предсказаниям последнего рода.
В настоящей заметке мы намерены указать результаты последних исследований Марье-Дави и дать некоторое, конечно, самое поверхностное, понятие о том, на каких основаниях зиждутся предсказания погоды [3]. Посмотрим сначала, от чего зависят крупные изменения погоды, а потом постараемся показать, каковы общие признаки, которые дают возможность угадывать наступление этих перемен.
Прежде всего вспомним, что все разнообразные явления, совокупность которых мы называем погодою, совершаются в воздушной оболочке, атмосфере, толщиною более 60-ти верст; эта оболочка, как и всё остальное, имеет некоторый вес, а потому нижние слои, которые подвергаются давлению всех 60-ти верст воздуха, более плотны, чем верхние слои, которые чем выше, тем реже, тем легче, в чем легко убедиться, поднимаясь на высокие горы или в воздушном шаре. С другой стороны, чем выше мы будем подниматься, тем холоднее будем встречать воздух, ибо воздух, свободно пропуская солнечные лучи, сам чрезвычайно мало нагревается ими, а нагревается лишь от соприкосновения с нагретою почвой или поверхностью моря.
Сущность всех разнообразных явлений, совершающихся в этой оболочке, может быть выражена так: где-нибудь, вследствие благоприятных условий — ясного неба, умеренной влажности воздуха — почва или поверхность моря нагревается сильнее, чем в окрестностях, и от соприкосновения с нею нагревается воздух. Но всякому, кто раз подумал, отчего происходит тяга в печной трубе, известно, что нагретый воздух легче холодного, и что, подобно пробке, которая, будучи легче воды, всплывает в ней, такой воздух всплывает кверху, причем его место стремится занять холодный воздух; вследствие этого со всех сторон образуется приток холодного воздуха, который, в свою очередь, нагревается и всплывает кверху, замещаясь новым холодным воздухом, который притекает всё более и более издалека. Но нагретый воздух доходит, наконец, до такой высоты, где воздух, хотя и холодный, но одинаково с ним редок, легок (вследствие меньшего давления), и тогда расплывается во всё стороны, направляясь в те места, откуда тронулся на замену его холодный воздух, так что устанавливается полный круговорот. Нечто подобное мы действительно можем наблюдать зимою в наших комнатах, если заметим, что воздух, нагретый возле печки, странствует вдоль потолка к окнам, а потом сверху вниз вдоль окон, оставляя свою пыль преимущественно на верхних частях занавесок; тут, по мере того как он спускается, он всё более и более охлаждается и отлагает свои пары в виде росы [4], преимущественно в нижних частях окна.
То же самое совершается в больших размерах на земном шаре. В самом деле, мы знаем, что в средней полосе Африки и Америки, Атлантического океана, словом, в тропических странах, где солнце жарит почти отвесно, происходит чрезвычайно сильное нагревание и именно такая возгонка воздуха. Вследствие этого, в соседних с ними местностях, устанавливается на поверхности земли приток холодного воздуха, начиная от обоих полюсов, который будет нестись на замену поднявшегося нагретого воздуха, т.е., собственно говоря, северный и южный ветер. Но известно также, что, вследствие вращения земли, северный ветер обратится в северо-восточный и даже восточный, а южный — в юго-восточный и восточный [5]. В морях, которые повсюду представляют почти одинаковую поверхность, с почти одинаковою способностью нагреваться, это явление действительно и происходит с большою правильностью, — т.е. вблизи от экватора мы видим полосу так называемого затишья, где происходит поднятие кверху нагретого воздуха, и с обеих сторон на поверхности приток более холодного воздуха, полярное течение — с северо-востока в северном полушарии, с юго-востока в южном, образующий ветры, известные под названием пассатных. С другой стороны, нагретый воздух путешествует в верхних слоях атмосферы по направлению к полюсам, постепенно понижаясь по мере своего охлаждения и, наконец, несется уже на поверхности земли, оспаривая место у холодного воздуха, и известен под именем экваториального течения. Вследствие тех же причин вращения земли и это экваториальное течение постепенно из южного переходит в юго-западное и западное, т.е. несется к северо-востоку и, наконец, к востоку.
Таковы, в нескольких словах, главные течения. Но вообразим теперь, что усиленное нагревание происходит не на экваторе, а где-нибудь между экватором и северным полюсом. И тут точно так же нагретый воздух будет подниматься, а со всех сторон установится приток более холодного воздуха; тот более холодный воздух, который будет идти от полюса к экватору, обратится вследствие вращения земли в северо-восточный ветер, а тот, который будет идти по направлению от экватора к полюсу, т.е. с юга на север (подобно верхнему экваториальному течению), обратится в юго-западный ветер. Если б эти оба ветра были совершенно равной силы, если б они совершенно точно действовали на одну точку, то уничтожились бы; но такой случай невозможен. Попробуйте с разных сторон толкать вещь и не прямо в середину, — она завертится. Так и тут образуется вращение воздуха, — крутящийся вихрь, подобие которого вы, верно, видали, конечно, в маленьких размерах, особенно летом, когда такой маленький вихрь взвивает пыль в виде крутящегося столба.
Подобные вихри чрезвычайно важны по своим последствиям, и на них-то мы остановимся. Мы видим тут одну причину образования вихрей, — усиленное нагревание, и движение воздуха снизу вверх. По мнению Марье-Дави, эта причина слишком слаба, чтоб произвести большие вихри, но есть другая причина, гораздо более сильная, способная произвести гораздо большие вихри, — это именно движение сверху вниз, последствия которого будут весьма сходны с тем, о чем мы сейчас говорили, т.е. такие же вихри. Что же может вызвать движение воздуха сверху вниз? Вспомним, что в полосе экваториального затишья нагретый воздух уносит с собою громадное количество паров от воды, испаряющейся с поверхности моря; эти пары, смешиваясь с более холодным воздухом, сгущаются, т.е. обращаются в воду, и падают в виде дождя; и действительно, в окрестностях экватора падает громадное количестве дождей, часто в виде ливней, о которых мы с трудом можем составить себе понятие. Но пар, обращаясь в воду, занимает пространство несравненно меньшее, чем занимал перед тем, словом, образуется пустота в верхних слоях; затем вода падает в виде дождя, увлекая за собою воздух, сгущая в воду пары, встречающиеся на пути, образуя таким образом новую пустоту, в которую снова устремляется воздух верхних слоев, так как пустота сперва образовалась вверху. Вот, следовательно, один источник движения воздуха сверху вниз. Другой такой же источник — это насыщенная водяным паром атмосфера над теплым морским течением, — гольфстримом, которое недаром называют отцом бурь.
Легко понять, что если движение воздуха снизу вверх вызывает вихрь, как мы сейчас видели, то то же самое вызовет и обратное движение воздуха. Заметим же теперь его последствия: окрестный воздух вступает в кругообразное движение, сверху образуется приток разреженного, холодного воздуха, по всей окружности вихря происходит отгонка воздуха, — слои воздуха различной температуры, различной влажности перемешиваются, а мы уже знаем, что следствием этого будет дождь. Этого мало: каково бы ни было доселе еще спорное происхождение атмосферного электричества, но несомненно, что, при сгущении пара в воду, оно всегда проявляется. Несомненно также, что верхние слои воздуха большею частию более наэлектризованы, чем нижние, следовательно, ясно, что одним из следствий вихря будут и электрические явления, т.е. грозы и град. Когда образовался такой вихрь, то он уносится общими воздушными течениями, всегда следуя известному пути, описывая известную кривую линию на поверхности и обозначая свой путь рядом губительных опустошений. Такие вихри известны под именем циклонов, тайфунов, торнад, их слишком хорошо знают все моряки, и законы их движений уже давно сделались предметом серьезного изучения.
Долгое время думали, что такие вихри — удел тропических стран и океанов, и что они редко проннкают в Европу. Но исследования парижской обсерватории подали мысль, что значительная часть европейских бурь — не что иное, как остатки таких же циклонов, или же циклоны меньших размеров. Вопрос был слишком важен, чтоб ограничиться одними предположениями: действительно, законы движений циклонов довольно хорошо изучены. Эти движения сравнительно правильны, их пути сравнительно легко определить, если известно положение их центра в данную минуту, — замечаете, какой важный шаг делала практическая метеорология, если б она доказала это положение. Вследствие этого необходимо было связать наблюдения над европейскими бурями с наблюдениями над бурями океана; для этого французское правительство обратилось к капитанам судов, плавающих в Атлантическом океане, с просьбою делать метеорологические наблюдения и присылать их парижской обсерватории, были сделаны всевозможные облегчения, чтоб дать каждому возможность выверять свои инструменты по сравнению с нормальными, наконец, установлены премии за лучшие журналы и т.д. Собранные материалы располагались на картах, как сказано выше, и из сличения карт действительно оказывалось, что утверждение Марье-Дави справедливо. Оно совершенно противоречит воззрению известнейшего метеоролога Дове, который объясняет европейские бури борьбою экваториального течения с полярным, и действительно едва ли Марье-Дави прав, утверждая, что все бури Европы суть ничто иное, как такие же крутящиеся вихри; но во всяком случае несомненно, что многие европейские бури могут быть объяснены таким образом.
Какие же средства имеем мы для того, чтобы предугадывать приблнжение такой бури?
Прежде всего посмотрим, что должны будут показывать наши инструменты в местностях, захваченных таким вихрем, циклоном. В центре циклона, как мы видели, пригоняется воздух из верхних слоев атмосферы, он реже воздуха нижних слоев, следовательно, барометр, представляющий собою весы, взвешивающие атмосферу, будет стоять ниже, чем во всей окрестной местности [6]; на окраинах же циклона происходит отгонка воздуха, который встречает себе сопротивление в воздухе, прежде находившемся в этих местах, следовательно, сгущается, вследствие чего барометр стоит высоко. По недостатку места, мы не будем определять направлений, которые по теории должны принять ветры, но попросим читателя поверить нам на слово, что эти направления легко определить теоретически, если принять в расчет вращательное движение воздуха и поступательное движение всего вихря. Зная, чтò должны показывать барометр и флюгер, пойдем далее и обратимся к карточке парижской обсерватории, на сегодняшний день, на которой те местности, где барометр стоит на одинаковой высоте, соединены линиями. Положим, что через северную Европу несется циклон, которого центр приходится на Англию; тогда наши линии должны представить нам в Англии кружок, в котором барометр стоит всего ниже, а вокруг этого кружка — другие круги всё бòльших и бòльших размеров, ограничивающие места, где барометр стоит всё выше и выше. Ветры в различных местностях должны дуть именно в тех направлениях, которые соответствуют циклону, проходящему через Англию. Если действительно наша карта имеет такой вид, то мы заключаем, что через Англию действительно проходит такой вихрь, и в то время, как никакая местность порознь не могла бы сказать нам, что она захвачена вихрем, которого центр там-то, — сочетание многих наблюдений прямо дает нам положение вихря и возможность судить об его силе и быстроте движения. Спрашивается, куда он пойдет? Но в том-то и дело, что едва мы знаем в точности положение центра циклона, мы уже знаем и его дальнейшей путь, ибо весьма часто могли убедиться, что циклоны движутся всегда по известному направлению, зависящему от больших воздушных течений, довольно хорошо уже известных; а в течение нескольких лет уже удалось узнать и отклонения, которые происходят в их путях, и даже отчасти причины этих отклонений. Тогда парижская обсерватория дает знать тем местностям, которые лежат на пути циклона, что их ждет завтра такая буря.
Но западные берега Англии уже пострадали, заметит читатель. Да, в этом случае, который мы предположили; но есть возможность и тут пособить горю. Положим, что центр циклона находится в Англии, но что в Англии не делается никаких наблюдений, что тут, вместо Англии, море, и что сеть метеорологических станций кончается Норвегией, так что мы не знаем, где центр циклона. Не обнаружится ли тогда в норвежских барометрических кривых чего-нибудь особенного? Вспомним, что эти лиши образуют круги (вернее, овалы) вокруг той точки, где находится центр циклона. Следовательно, эти линии должны представлять в Норвегии части круга, — выемки, обращенные вогнутостью на запад, к Англии, и эти выемки указывают на присутствие на западе, в море, как мы предположили, циклона, который, идя на восток, скоро пожалует в Норвегию. Совершенно в таком же положении относительно бурь, еще свирепствующих в Атлантическом океане, находятся западные берега Англии и Франции; появление выемок предупреждает их о приближении бури, а форма выемок дает возможность узнать положение центра вихря.
Уже одного этого примера достаточно, чтобы показать, что предсказания бурь могут основываться не на фантазиях, а на строгих научных данных.
Но это бури, скажет земледелец, я их мало боюсь — предсказывайте мне дожди. Марье-Дави дает на это такой ответ: нет дождя с ветром, нет больших гроз в Европе, которые не были бы следствием вихря, пожаловавшего из Атлантического океана, или из Средиземного моря; а вихри, как мы видели, всегда заблаговременно дают знать о своем прибытии. Как ни мало вероятно это положение, но оно не раз подтверждалось, и уж во всяком случае можно сказать, что нет такого вихря, который пронесся бы летом без дождя и гроз, зимою без снега, весною без слякоти, снега с дождем и т.п. Особенно замечательно то, что сюда включены и грозы, следовательно, и град. Действительно, во Франции на них было обращено особое внимание: все деревенские власти обязаны сообщать известия обо всех грозах, бывших у них, обозначая их направление, силу и т.п. Таких материалов поступает в Париж ежедневно несметное количество(в течение лета), и разработка их была бы весьма затруднительна, но, к счастию, в провинциях Франции всегда находятся люди, из профессоров, инженеров, часто просто из любителей, не знающих латыни, но знакомых с естественными науками, которые изучают грозы своего околодка и составляют местные карты гроз. Затем все грозы наносятся на общую карту, с обозначением часов их появления, и оказывается, что грозы не суть чисто местные произведения, а приносятся издалека морскими ветрами и проходят вместе с бурями, вихрями иногда громадные пространства до 800 верст в длину при значительной ширине. Это открытие, конечно, требует еще более обстоятельного исследования, но уже и теперь издан атлас в 50 карт, изображающих 50 гроз 1865 г., которые все подтверждают этот вывод. Это чрезвычайно важно для метеорологии, ибо включает грозы и град в разряд тех бурь, которые довольно легко предугадывать.
Весьма вероятно, что не все дожди имеют такое же происхождение. Как их предугадывать? Тут выступают на сцену термометр и инструменты, определяющие влажность воздуха.
Как бы то ни было, но течение полярное и экваториальное существуют, они всегда присущи Европе, и их влияния нельзя отрицать. Полярное приносит нам ясное небо, холода весною и зимою, сухой воздух, и повышает барометр; экваториальное понижает барометр, несет теплый и сырой воздух, и если не всегда дожди, то, по крайней мере, материалы для их образования. Изучение колебаний барометра, термометра и влажности воздуха дает возможность угадывать границы обоих течений, узнавать области, которые они захватывают, и которые должно захватить усилившееся течение. Таким образом, высокое стояние барометра и холода на северо-востоке России всегда предвещают за неделю холода и сухую погоду во Франции. С другой стороны, захваты экваториального течения всегда сопровождаются дождями. К сожалению, эти движения еще слишком мало исследованы в местностях, где нарушающие влияния океана и морей слабы, и где, следовательно, явление можно бы исследовать почти во всей его чистоте, — т.е. в Германии и в России.
Мы должны кончить, но и сказанного уже достаточно, чтоб показать возможность угадывать погоду на научных основаниях. О важности знания наперед погоды для земледельца, надеемся, нечего говорить. Напомним только, что единственный способ к тому — делать в возможно большем количестве местностей наблюдения по одному плану, и сосредоточивать наблюдения в одном центре. Но нечего думать, чтоб из Петербурга или из Москвы можно было угадать погоду во всех подробностях для каждой отдельной местности; нужно знать бездну, миллионы местных условий, и всё, чего можно достичь, это дать путеводную нить для земледельца, основание для его соображений; он должен уже сам взвесить, как местные условия могут видоизменить большие движения атмосферы, которые предсказаны в его местности. Для этого единственный способ — изучать свою местность, помощью аккуратных наблюдений и метеорологических инструментов, предварительно выверенных знающим человеком.
Мы слышали, что предстоит избрание нового директора нашей центральной физической обсерватории. Будем надеяться, что новый директор не упустит из виду необходимости привести наши станции в надлежащий вид, облегчить для частных лиц возможность приобретать точные инструменты и, наконец, распространять в обществе метеорологические сведения, помощью публичных курсов, статей и т.п. Не мешает вспомнить, что в Европе на нас возлагают большие надежды, думая разделить Европу на три метеорологических округа между Англией, Францией и Россией [7].
1. Цифрами обозначается сила ветра; 0 выражает почти совершенное отсутствие ветра, 12 — бурю; промежуточные цифры выражают промежуточную силу ветра.
2. Сокращенные его наставления переведены на русский язык и изданы при «Морском Сборнике» особою брошюрой под названием: «Руководство к употреблению барометра».
3. Мы будем придерживаться в нашем изложении теории Марье-Дави; правда, в ней еще очень много недоказанного, но она обнимает больший круг фактов и на ней можно осязательнее выставить связь между показаниями инструментов и погодою.
4. См. нашу предыдущую заметку. «СПб. Вед.», 1868, 5-го марта, № 63.
5. В этом легко убедиться; возьмем, например, Петербург и средние части Египта и рассмотрим воздух, идущий из Петербурга в Египет, т.е. с севера на юг, — так называемый северный ветер. Если б эти обе местности двигались с одинаковою быстротой, то воздух из Петербурга действительно попал бы в Египет, и в Египте был бы северный ветер; но Петербург в сутки делает круг в 23 600 верст, Египет же — в 34 000 верст, т.е. Египет как бы обгоняет Петербург, и дело происходит так, как если бы Петербург стоял на месте, а Египет несся на восток со скоростью 10 400 верст в сутки, т. е. 433 версты в час. А мы знаем, что если мы стоим на берегу реки, а мимо нас идет пароход, и мы будем стрелять в нос парохода, то попадем, пожалуй, в середину парохода, смотря по тому, насколько он подвинется, покуда до него долетит ядро. Так и тут, — петербургский воздух попадет уже не в Египет, а, пожалуй, в середину Сахары, где будет северо-восточный ветер, между тем как петербургский воздух шел прямо с севера на юг. Вследствие тех же причин египетский воздух, если он направится прямо с юга на север, то не попадет в Петербург, а в страны, лежащие к востоку от Петербурга, где ветер будет юго-западный вместо южного, каким он был первоначально.
6. Если циклон образуется вследствие движения воздуха снизу вверх, то давление атмосферы тоже уменьшится, и барометр будет стоять также низко.
7. Желающие ознакомиться с этим делом, найдут полезные указания в брошюре «Руководство для употребления барометра», переведенной и изданной морским министерством, где помещены наставления Фиц-Роя для угадывания погоды (50 к.), в курсе «Des mouvements de l’atmosphère et de la mer au point de vue de la prévision rationelle du temps, par Marié Davy» (10 фр., 3 р.). Из популярных статей укажу на Annuaire Scientifique 1863, 1864, 1866, 1867, все они, впрочем, мало дают понятия об основаниях предсказаний погоды, и о грозах в Ann. Scient. 1808 года. Полный Atlas des orages de 1865 едва ли есть в Петербурге где-либо, кроме физической обсерватории.
Необходимость в дешевом кислороде для фабричных производств. Добывание кислорода из воздуха. Приложение кислорода к городскому освещению
Лет пять тому назад, каждый профессор химии, рассказав своим слушателям, что воздух состоит почти исключительно из кислорода и азота, и показав, что горение в большинстве обыденных случаев есть не что иное, как соединение горящего тела с кислородом воздуха, считал долгом обратить их внимание на то, как важно было бы для фабричных производств найти способ добывать кислород за дешевую цену. Доказать это было нетрудно, — за примерами не приходилось далеко ходить: стоило взять известный пример стальной пружинки с кусочком зажженного трута на конце; в обыкновенном воздухе этот трут сгорал себе преспокойно, довольно медленно и едва нагрев конец стальной пружинки. Такой же кусочек трута, сгорая в кислороде, почти мгновенно раскалял конец пружины добела, отчего она воспламенялась и сгорала вся, покуда хватало кислорода, разбрасывая раскаленные шарики железной окиси, которые так сильно врезывались в памяти всякого начинавшего учиться химии. И этот, казенный, если хотите, пример был весьма поучителен. Он воочию показывал, какая разница между обоими случаями: тогда как в первом тепло, выделившееся при горении трута, тратилось на бесполезное согревание того азота, который в столь большом количестве (в 4 раза большем, чем кислород) содержится в воздухе, то же тепло во втором случае выделялось гораздо скорее и всё шло на поддержание горения, т.е. на согревание пружинки и кислорода. А будучи нагреты, они, вследствие этого, с большею силой вступали в соединение, выделяли в данное время большее количество тепла и, таким образом, давали возможность загораться следующим частям пружинки.
Подобных примеров и цифр в доказательство того, что степень жара, температура пламени при горении тела в кислороде несравненно больше, чем при горении в обыкновенном воздухе, можно бы привести очень много, но мы напомним читателю только два примера, из которых один возьмем из обыденной жизни. Что делает кухарка или кузнец, когда мехом раздувают уголья в самоваре или в кузнечном горне? Они, сгущая воздух, в большем количестве вгоняют его в огонь, а следовательно, усиливают приток кислорода, чем ускоряют, усиливают горение, заставляют уголья в данное время выделять большее количество тепла, отчего это тепло не растрачивается попусту в окрестном воздухе, а идет большею частию на нагревание железа, положенного в горн, или воды в самоваре. Действительно, попробуйте, например, взять очень маленькую спиртовую лампочку и нагревать ею кувшин с водой. Закипит ли у вас когда-нибудь вода? Конечно, нет; вы нагреете воду па несколько десятков градусов, а потом можете в десять дней сжечь хоть десять штофов спирта, и достигнете только того, что будете поддерживать постоянную температуру, не дадите воде остывать, между тем как и полштофа спирта достаточно, чтобы вскипятить ту же воду, если только вы поставите лампу с большим пламенем. Из этого уже видно, как необходимо бывает в известных случаях усиливать степень жара, температуру пламени. Употребление мехов, усиление тяги в печах, показывает, что возвышения температуры мы достигаем усилением притока воздуха; а так как из составных частей воздуха азот не усиливает горения, то мы и заключаем, что это зависит от притока кислорода, и уже в примере пружины видим тому блистательное подтверждение.
Не менее интересен в этом отношении следующий опыт. Мы знаем очень хорошо, что если вставить в пламя обыкновенного газового рожка кусочек мела, или фарфора, то они нагреются — и только. Но когда во внутрь этого пламени проводили ток кислорода, то пламя становилось бледным, а температура его так повышалась, что стальная проволока сгорала, разбрасывая искры, известь раскалялась добела, фарфор можно было спаивать, песчаник обращался в род стекла и вытягивался в нити и т.д.; мало того, быстро погруженный в воду, такой рожок продолжал гореть и под водою, покуда его там держали.
Зная, таким образом, как способен кислород повышать полезную температуру пламени при горении, вспомним только, в каком неисчислимом множестве фабричных производств требуется достигать очень высоких температур, и нам будет понятно, как важно было бы для техника иметь в своем распоряжении дешевый кислород. Теперь еще трудно угадать все неисчислимые приложения кислорода к фабричному производству, которые будут возможны в будущем, но и теперь можно указать на несколько производств, где дешевый кислород стал необходимостью. Возьмем, например, платиновое производство. Этот драгоценный металл, который прежде не умели ценить, употребляя его только кое-где на выделку монет, теперь стал входить в общее употребление для выделки сосудов, необходимых там, где нужно расплавлять что-нибудь при очень сильном жаре. Но так как сама платина плавится лишь при весьма высокой температуре, то литые поделки из нее стали возможны только тогда, когда начали плавить ее в пламени газа и кислорода. Мы привыкли воображать себе, — говорит один из описывающих плавку платины, — когда нам говорят о высоких температурах, высокие доменные печи, горы каменного угля и громадные меха, — ничего подобного нет в приборе Девилля и Дебрэ: маленькая известковая печь в три четверти аршина, несколько жестяных сосудов с кислородом, трубки, и ко всему этому, несмотря на такой сильный жар, полнейшая безопасность.
Но что такое добывание платины в сравнении с добыванием железа? Между тем выплавка чугуна, приготовление железа, литье стали и железа, — все эти громадные и разнообразные производства основаны на одном общем начале — произведении возможно-сильного жара, так что, смело можно сказать, не существовало правильной металлургии до тех пор, пока человечество не научилось достигать высоких температур. Но с каким трудом оно их достигает! Помощию высоких печей, в 5, 7, даже 10 сажен, помощью громадных поддувал. И как упростилось, как облегчилось бы производство, если б человечество научилось достигать высокой степени жара более простыми способами. Не только ныне существующие производства облегчатся, но неизбежно должны открыться новые производства. Пример тому мы видим в платине.
Ясно, что как только лучшие химики и техники нашего времени стали сознавать всю пользу удешевления кислорода для фабричной промышленности, было предложено несколько способов дешево добывать кислород. Впрочем, в начале нынешнего десятилетия все эти способы были так еще плохи, что кислород мог добываться лишь для химических лабораторий, и цена его не падала ниже 10 р. за куб. сажень (3 фр. 45 с. за куб. метр).
Но отчего же кислород был так дорог? Ведь он входит в состав стольких неисчислимых тел в природе, так что можно затрудниться назвать, из попадающихся на глаза тел, такое, где бы его вовсе не было. Вся беда в том, что в большую часть тел он либо входит в малом количестве, либо уж очень прочно соединен с разными другими веществами, и чтоб выделить его, потребовалась бы слишком сильная степень жара; тогда, пожалуй, то количество топлива, которое пришлось бы сжечь, чтоб разложить тело на составные части и выделить кислород, равнялось бы или даже превышало то, которое мы сэкономили бы, употребляя в нашем производстве кислород вместо обыкновенного воздуха. Оставался, следовательно, сам воздух, где кислород находится не в соединении, а в смеси, где, следовательно, не было нужды разлагать что-нибудь. Если б мы могли придумать такое решето, которое удерживало бы азот и пропускало бы кислород, то задача была бы достигнута. Но придумать такое решето — дело не легкое. О решете в обыденном смысле слова, само собою, не могло быть и речи, а нужно было найти вещество, прежде всего дешевое, способное соединяться с азотом, при возможно низкой температуре. А это очень трудно: азот вообще довольно нелегко вступает в соединения. Тогда исследования направились на другой путь, более легкий, — именно: найти решето, способное удержать кислород, а потом отдать его нам, т.е. вещество, способное, в присутствии воздуха, при невысокой, само собою, температуре, забирать кислород из воздуха, и потом отдавать его нам, — словом, выражаясь научно, — вещество, способное сперва окисляться, а потом раскисляться, т.е. возвращаться к прежнему виду, и таким образом служить если не бесконечно, то возможно дольше.
Найти такое вещество было легко. Стоило взять, например, железо, которое, как известно, ржавеет в присутствии влажного воздуха, т.е. соединяется с кислородом. Но этого мало: даже оставляя в стороне то, что оно окисляется очень медленно, нужно заметить, что железо образует!, с кислородом слишком прочные соединения, так что потом трудно выделить из них кислород. Ясно, следовательно, что нужно было выбрать такое вещество, которое уже представляет прочное соединение и которое хотя и может еще вступить в соединение с некоторым количеством кислорода, но даст новое соединение уже непрочное, такое, откуда лишний кислород легко выделится. Всего естественнее было, конечно, искать такое вещество среди тех, уже представляющих соединение с кислородом, но способных, при благоприятных условиях, соединиться еще с некоторым количеством этого газа, но уже тогда образующих непрочное соединение. Таким телом могло быть, пожалуй, что-нибудь в роде воды, которая сама представляет весьма прочное соединение водорода с кислородом; к ней, можно, впрочем, присоединить еще некоторое количество кислорода, и образовать весьма непрочное соединение, так называемую окисленную воду, откуда легко отнять этот лишний кислород. Но вода страдает противоположным недостатком; ее очень трудно окислить, причем кислород надо брать из довольно дорогого тела (перекиси бария), между тем как всего лучше было бы брать его из воздуха; мы же привели ее, как пример целого разряда тел, из которых иные годились бы для этой цели. Вся задача состояла, следовательно, в том, чтоб найти такое тело. Хотя мысль об этом способе была дана Буссенго лет десять тому назад, но только теперь, в самое последнее время, предложен способ, удобный в практическом отношении. Правда, почти одновременно с ним было предложено еще несколько других способов, сходных в основной мысли со способом Буссенго, и тем, о котором мы сейчас будем говорить, но из них только один (Малле) может рассчитывать на практическую будущность.
Способ, о котором мы намерены говорить, предложен во Франции (замечательно, что и все остальные, сколько-нибудь порядочные, способы предложены в этой стране) двумя техниками, Тессье-дю-Мотэ и Марешалем, которые приобрели известность в последние годы некоторыми весьма остроумными приложениями химии к технике. Их способ, в сущности, очень прост. В природе есть тело, марганец, чрезвычайно сходное в некоторых отношениях с железом; оно образует очень много разнообразных соединений с кислородом, из которых одно встречается в природе в довольно чистом виде (содержит иногда только пять процентов подмесей) и известно под названием марганцовой руды. Оно уже издавна употребляется в технике для добывания газа хлора, нужного для образования белильной извести. Далее, в продаже весьма обыкновенно белое, твердое вещество — едкий кали, и другое, весьма сходное с ним по своим свойствам, — едкий натр, употребляется в технике для мыловарения, для выщелачивания при белении и т.д. Если смешать одно из соединений марганца с кислородом (окислов, как их называют) с едким кали или натром, положить эту смесь в большую чугунную бутылку, реторту и нагревать ее до степени темно-красного каления [1], прогоняя через бутылку ток воздуха, то эта смесь соединяется с некоторым количеством кислорода из воздуха, причем оба взятые вещества соединяются и между собой, образуя новое соединение (марганцево-кислый натр или кали). Затем, если усилить нагревание до 320 или 360 градусов (400 до 450° Цельсия) и пропускать через бутыль пары воды вместо воздуха, то наше соединение выделяет кислород, поглощенный перед тем из воздуха, и разлагается на те же составные части, которые были взяты первоначально; с ними начинают ту же операцию, которую делали перед тем, и повторяют ее много раз, каждый раз получая некоторое количество кислорода. Кислород, вместе с парами воды, идет в холодильник, где пары сгущаются в воду, а кислород идет в особый резервуар.
Прежде всего представляются вопросы: не дороги ли сырые продукты, сколько раз можно повторить добывание кислорода, много ли идет топлива, долго ли продолжается операция и много ли добывается кислорода в один раз? О цене сырого продукта мы скажем ниже; на последние же вопросы дадим один ответ: повторив ту же операцию 80 раз над ста тридцатью фунтами (50 кг) смеси, которые свободно входят в одну бутыль, мы все-таки получали в час почти 16 куб. ф. (400–450 метров) кислорода. Вообще в этом способе один и тот же материал служит чрезвычайно долго, ибо одно только может помешать успеху — это углекислота воздуха, а ее очень легко удержать, предварительно пропуская воздух через известь. Что же до топлива, то мы не можем дать прямого ответа, но лучший ответ — это стоимость кислорода. В Париже был устроен опыт в больших размерах: во временном помещении (в подвалах одного здания) были установлены приборы весьма простые: печь с несколькими чугунными бутылями, котел для выделения водяного пара и холодильник и прибор для накачивания воздуха, и добывание кислорода производилось целый месяц под надзором комиссии. Каждый день высчитывали стоимость кислорода и, несмотря на временное помещение, он стоил только 2 р. 9 к. за куб. саж. (72 с. куб. метр). Вместе с тем, на другом заводе изобретателей, в Меце, где каменный уголь дешевле, он стоил только 1 р. 52 к. за куб. саж. (50 с. куб. метр). Если вспомнить, что ни один из прежде предложенных способов не давал кислорода дешевле 10–17 р. и что из новейших способов самые выгодные, по расчетам изобретателей (а все мы склонны увлекаться своими изобретениями), не обещали кислорода дешевле 2 р. 90 к. (1 фр. куб. метр), то мы видим уже значительный успех. Впрочем, чтоб дать читателю понятие о том, дешево это или дорого, мы напомним только, что светильный газ в Париже стòит все-таки 87 к. за куб. саж. (30 с. за куб. метр), т.е. всего в 2½ раза дешевле кислорода.
Тем не менее, для большинства фабричных производств такой кислород слишком еще дорог. Зато, с другой стороны, предвидится еще немалое удешевление его, во-первых, при устройстве более обширного завода, а во-вторых — при удешевлении сырого продукта. Дело в том, что до настоящего времени не старались воспользоваться соединениями марганца, которые остаются от выделки хлора; между тем, тот же Тессье-дю-Мотэ нашел способ самыми простыми приемами обращать эти остатки в марганцовокислый натр, который, как мы сейчас видели, употребляется при добывании кислорода. Таким образом, это вещество, продающееся теперь по 4 р. 64 к. за пуд (1 фр. за килограмм), при более обширной выделке должно, по уверению техников, стоить не дороже 1 р. 38 — 1 р. 84 к. (30–40 с.). Наконец, способ добывания кислорода, о котором мы говорим, удивительно богат всякими приложениями, и если связать добывание кислорода с добыванием хлора и озона, то возможно еще некоторое удешевление сырых продуктов, ибо остатки от добычи хлора превращаются также в соединение, идущее для добывания озона. Озон — этот кислород в квадрате, если можно так выразиться, т.е. особый, более деятельный кислород, еще легче его вступающий в различные соединения, с каждым днем находит себе более и более приложений. Не говоря уже о том, как важно было бы приложить его к вентиляции больниц, вследствие особой его способности истреблять всякие миазмы [2], мы укажем только на приложение его в больших размерах (в Меце) к белению тканей. Известно, что обыкновенными, ныне употребительными, способами беление совершается чрезвычайно медленно. Так, в Меце беление ниток стоит теперь 2 р. 8 к. с пуда и продолжается 15–30 дней, а льняных тканей — 1 р. 92 к. с 100 арш. и продолжается 30–60 дней. Между тем, беление озоном пуда ниток стоит 1 р. 55 к. и делается в один день; льняные же ткани белятся в 3 дня за 1 р. 28 к. с 100 арш. Точно так же полезен озон и для обесцвечивания сахарных сиропов, к чему он уже и приложен на известной фабрике Годвина в Манчестере.
Но если кислород Тессье-дю-Мотэ еще не нашел себе приложения к выплавке металлов, то уже в настоящее время он завоевал себе право гражданства в городском освещении. И вот на каких простых соображениях основаны эти права.
Читатель помнит, что в начале нашей заметки мы говорили о температуре пламени газового рожка, если вовнутрь пламени газа ввести струю кислорода. Пламя бледнеет; но температура его так возвышается, что кусочек извести (или магнезии), внесенный в пламя, раскаляется добела и светит ослепительно-ярким блеском, таким же, как известный друммондов свет, которым до самого последнего времени пользовались в театре, чтоб в торжественную минуту осветить примадонну, первую любовницу или балерину.
Точные опыты показали, что 2 куб. саж. светильного газа и 1 куб. саж. кислорода дают столько же света, сколько 16 куб. саж. газа, сожженных обыкновенным способом. Но 16 куб. саж. светильного газа стòят в Париже 13 р. 92 коп.; с другой стороны, 2 куб. саж. газа и 1 куб. саж. кислорода стòят 3 р. 73 к.; экономия в 10 р. 19 к., т.е. ни более, ни менее, как 74% [3]. Но этого мало: это освещение несравненно здоровее, ибо комната наполняется несравненно меньшим количеством продуктов горения газа; так как сгорает менее газа, то и тепла выделяется меньше (зато оно все идет в дело, а не тратится попусту); свет гораздо белее, ближе к дневному и не меняет цвета людей и предметов; наконец, можно иметь менее горелок, так как при таком освещении можно свободно читать газеты на расстоянии 9–10 сажен, и т.д. Много было говорено о том, что свет слишком уже ярок; но известно, что этому горю легко помочь матовым колпаком, и, наконец, такое сильное освещение должно употребляться само собою не в лампах, которые стоят перед глазами; если же оно и будет принято для освещения какого-нибудь кабинета или библиотеки, то свет будет помещаться на порядочной высоте над столом, а не впереди читающего. Все эти соображения побудили испытать освещение газом с кислородом в больших размерах на площади Ратуши в Париже. Приборы для добывания кислорода были установлены в погребах одного из соседних зданий, откуда кислород проводился к газовым рожкам. Читатель знает, конечно, что смесь светильного газа с кислородом представляет весьма опасное взрывчатое вещество, а потому кислород и газ идут каждый по особой трубе и смешиваются лишь в самой горелке, представляющей род маленького плоского барабана. Источником света является, собственно говоря, цилиндрическая палочка из магнезии, приготовленной особым способом (сильно сдавленной и отчасти остеклованной на поверхности), и подвешиваемой над тремя или четырьмя рожками, в которых горит смесь газа с кислородом; пламя этих рожков косвенно лижет палочку из магнезии и раскаляет ее. Освещение, продолжавшееся в таком виде целый месяц, получалось образцовое во всех отношениях, т.е. яркое, неизменное и гораздо белее обыкновенного; наконец, не без удивления было замечено, что в то время, как сильные порывы ветра два раза загасили газовые рожки на площади, рожки с кислородом светили тем же прекрасным светом. Словом, опыт удался так хорошо, что решено ввести кислородное освещение во внутренних дворах Тюильри, а потом на главных площадях Парижа. Наконец, что еще более рекомендует новое освещение, — некоторые американские промышленники уже заключили с изобретателями условия, так что площади Нью-Йорка скоро будут освещены таким же способом. Простота приборов, легкость доставки кислорода (известно, что целые города освещаются переносными газом) — всё обещает новому освещению хорошую будущность.
Выше мы сказали, что в последнее время было предложено еще несколько способов добывания кислорода [4], но до настоящего времени они еще не были испытаны в сколько-нибудь значительных размерах, так что нельзя еще решать, насколько они хороши для техники. Во всяком случае, даже первая попытка увенчалась хотя частным успехом, и есть основание думать, что теперь, когда толчок дан, мы скоро дождемся дешевого кислорода.
PS. Желающие ознакомиться с этим вопросом найдут подробности о способе Тессье-дю-Мотэ в «Polytechnisches Journal», Mai 1867, «Journal für praktische Chemie» 1867, № 12 (Band 101, Heft 4). Способ Маллэ в «Comptes Rendus», t. 64, 226 и особенно в томе 66, 24-го февраля 1868 г. Способ Гондоло в «Les Mondes», 1868 г. № 10, т. 16; приемы для обработки остатков от добывания хлора в «Polytechnisches Journal», т. 186, стр. 129 и 230, и «Mechanic’s Magazine», т. 9, стр. 179. Беление тканей в «Polyt. J.» т. 184, с. 524 и «Les Mondes» 1867, т. 14, с. 95 и 141. Всё касающееся освещения изложено в прекрасной брошюрке Муаньо: «Les éclairages modernes», вышедшей месяца два тому назад (стоит 2 фр., 60–70 к.). Тут же прекрасное общедоступное изложение новейших способов освещения минеральными маслами, электричеством и т.д.
1. Читателю, вероятно, известно, что высокие степени жара измеряются по сравнению с тем жаром, который нужен для того, чтоб нагреть железо до темно-красного, ярко-красного цвета, дòбела и т.п.
2. Не раз было замечено, что усиление холеры совпадает с отсутствием озона в атмосфере. Это было замечено самыми опытными наблюдателями в Берлине, Берне, Страсбурге и Париже, а с особенною тщательностью — прошлою осенью в окрестностях Турина. Были и противоречащие наблюдения, но не мешает вспомнить, как часто наблюдатели принимали за следы озона то, чтò на самом деле зависело от других причин. Наблюдения, сделанные в окрестностях Турина, изложены в «Les Mondes» 1868 г., 23-го января, № 4.
3. Кстати, не мешает заметить: опыты, сделанные академиками Дюма и Реню и гг. Одуэном и Бераром (Billetin de la Soc. d’encouragement pour l’industrie nationale, t. IX, 2 série. № 119, 661), показали, что хрустальная горелка Монье для обыкновенного газа, кроме многих других достоинств, имеет еще то, что дает 25–30% экономии. Она принята редакцией «Монитера», казенными зданиями и одним большим торговым домом («Les Mondes», 27-го февраля 1868).
4. Вот способ Маллэ. Берут полухлористую медь; в присутствии воздуха она даже при обыкновенной температуре поглощает кислород из воздуха и через несколько часов обращается в хлорокись меди. При 80–160 градусах (100–200° Ц.) окисление происходит мгновенно. При 320 градусах (400° Ц.) она снова разлагается на кислород и полухлористую медь. 250 фунтов полухлористой меди должны давать в сутки около 2 куб. саж. кислорода. Стоит она теперь 4 р. 80 к. за пуд. Она же, если прибавлять по капле соляной кислоты, в присутствии воздуха дает двухлористую медь, из которой, после слабого нагревания, получается хлор. Изобретатель полагает, что кислород должен стоить не дороже 1 р. 53 — 1 р. 83 к. за куб. саж. (50–60 с. куб. метр).
Успехи частичной физики. Диффузия газов. Влияние перепонок. Исследование Греэма над поглощением газов металлами. Строение газов. Приложение исследований Греэма. Указатель присутствия вредных газов
Если в конце прошлого столетия и начале нынешнего, исследования физиков направлялись преимущественно на изучение отдельных разрядов физических явлений — звука, света, теплоты, потом электричества и магнетизма, сообразно с чем и сложились все учебники и трактаты физики, — то в последней четверти нынешнего столетия с особою силой стало выступать другое направление, имеющее целью охватить в одном общем целом все эти особняком стоявшие разряды, уразуметь их сообща, в одной общей теории.
К достижению этого исследователи стремятся двумя различными путями: одни исследуют, что есть общего между теми разнородными движениями, которые составляют сущность этих различных разрядов явлений, стремятся уловить соотношения между различными физическими силами, как они выражаются; другие же ставят конечною целью своих изысканий — пролить некоторый свет если не на состав, то, по крайней мере, на строение тел, стараются составить себе понятие о том, каковы размеры, формы и расположение составных частей тел, — что такое эти частицы и атомы, существование которых мы признаём, но о которых мы доныне имеем самые смутные понятия. Те, которые преследуют первую цель, уже достигли до некоторых общих результатов, соотношения уловлены не только в общих чертах, по даже выражены в числах (для теплоты и движения масс), или стремятся выразиться в них; наконец, теория соотношения сил настолько уже выработана, что она могла перейти в популярное изложение, даже проникнуть в некоторые учебники. Второе подразделение указанного нами направления далеко еще не выработало сколько-нибудь стройной теории, действительно объясняющей строение тел. Напротив того, с каждым годом являются новые и новые теории, которые часто не сходятся между собой даже в самых общих чертах: тот, кто преимущественно занимался изучением световых явлений, при созидании теории, не довольствуется теми частицами, подлежащими законам притяжения, движение которых объясняет явления звуковые; он окружает эти частицы эфиром и придает этому эфиру все свойства, нужные для объяснения световых явлений. Но эти свойства оказываются несогласимыми с теми, которые нужны для объяснения электрических явлений, и для их объяснения создаются новые оболочки эфира, — электрического. Впрочем, как бы ни была ошибочна в целом каждая из этих теорий, но каждая из них вносит хотя некоторую долю истины, так что теперь уже есть несколько пунктов, в которых установилось согласие между большинством ученых [1].
Но если бы это направление ограничивалось одним созиданием теорий, то дело подвигалось бы вперед все-таки медленно. Между тем, побуждаемые желанием выпытать у природы ответ на вопросы о строении тел, исследователи предпринимали самые разнообразные опытные исследования, и таким образом за последние 20–30 лет накопилось громадное множество фактов, сделана бездна открытий самых неожиданных и самых интересных, как сами по себе, так по своему значению для объяснения строения тел, и по своим техническим приложениям. Некоторые явления, наконец, и законы послужили к тому, чтоб положить промежуточные звенья между физикой и химией, соотношения между которыми были и до того времени несомненны, но тем не менее весьма неясны, неопределенны. Словом, создалась целая новая отрасль физики, — не совсем правильно называемая частичною физикой, — не менее обширная и не менее важная, чем любой из прежде установившихся отделов физики. Поэтому нам весьма приятно было встретить первую попытку общего систематического обзора работ по частичной физике в вышедшей недавно брошюре Муаньо «Physique moléculaire», где вкратце изложена большая часть работ, сделанных в Европе за последние 20 лет, и их приложений к техническим производствам. Мы хотели бы познакомить читателя с главнейшими из них, сделанными в течение последних двух лет, но это будет довольно трудно при скромных размерах газетных заметок.
На первый раз мы намерены, впрочем, покорить о последних исследованиях Греэма (Graham) над газами, и для большей ясности вкратце напомним читателю некоторые ранее известные сходные явления, представляемые газами.
Известно, что если взять две склянки, наполненные двумя различными газами, и соединить их трубкою, то через несколько времени оба газа перемешаются, образуют совершенно однородную смесь из обоих газов, хотя бы мы даже взяли два газа весьма различных по плотности, и поместили относительно более тяжелый снизу, а относительно более легкий — сверху. Мало того, совершенно наоборот тому, чтò мы вправе были бы ожидать, — чем различнее плотности обоих газов, тем скорее произойдет их смешение; так например, водород, который при равных объемах оказывается в 36 раз легче хлора, смешивается с ним быстрее, чем всякий другой более плотный газ. Заметим, между прочим, теперь же, хотя о жидкостях мы намерены поговорить в другой раз, что мы привыкли замечать совершенно иное в жидкостях; так например, если мы возьмем две жидкости, довольно различные по своим плотностям и не обладающие взаимным химическим сродством, например, воду и ртуть, и даже смешаем их, то через несколько секунд ртуть отделится от воды и как тело, в 13½ раз более тяжелое, чем вода, расположится внизу, а вода сверху; два же газа, раз смешавшись, как сказано выше, уже не разделяются, как бы ни были различны их плотности. Это явление, известное в науке под названием диффузии (diffusion, распространение), сопровождается многими другими весьма интересными частными явлениями, над которыми не место останавливаться здесь, имеет свои законы, дает нам даже средство исследования, анализа газов и, наконец, играет чрезвычайно важную роль в органической и неорганической жизни земного шара. Если б не существовало диффузии газов в атмосфере, то дело кончилось бы тем, что газы, неспособные поддерживать дыхание, например, углекислота, как более тяжелые, скопились бы в нижнем слое атмосферы, между тем как теперь они медленно распространяются по всей нашей воздушной оболочке. Этому же распространению газов, вопреки их плотностям, мы, наконец, обязаны однородностью нашей атмосферы, которая, очевидно, есть необходимое условие для возможности существования нашего в различных частях земного шара, столь различных по географическому положению и высотам.
Но положим, что мы захотели бы не допустить газов смешиваться между собою и разгородили бы их какою-нибудь преградой, например, из каучука, в котором при рассматривании в самый прекрасный микроскоп мы не открыли бы решительно никаких скважин, пор, как их принято называть. Итак, мы завязали бы горло склянки, наполненной водородом, каучуковою пластинкой и выставили бы ее на воздух. Но всякому известно, что такая перепонка не удержала бы водорода, ибо кому не случалось видеть, как красный шар, купленный для забавы детям, дня через два уже перестает летать и уменьшается в объеме; водород прошел через каучук, из которого сделан шар, вышел, и вместо его в шар вступило немного обыкновенного воздуха, — несколько менее чем сколько вышло водорода, так как объем шара уменьшился. Мало того, оказывается даже, что перепонка не только не способна помешать смешению газов, но даже, в известных случаях, способствует ему. Но теперь явление несколько усложнилось; прежде всё зависело главным образом от различия в плотностях газов: чем различнее были их плотности, тем скорее они смешивались; теперь же примешивается влияние перепонки. Например, возьмите пузырь, смоченный водою, наполните его воздухом, и повесьте в сосуд с углекислотою. Углекислота очень хорошо поглощается водою, как мы видим в зельтерской воде, лимонад-газезе и т.п., и она очень хорошо проникает вовнутрь пузыря; воздух тоже растворяется в воде (что мы знаем хоть по тем пузырькам воздуха, которые осаждаются на стенках стакана, если вода была внесена в комнату холодною [2], но гораздо меньше, чем углекислота, а потому его меньше выходит из пузыря. Таким образом пузырь наполняется всё более и более, и такова сила этого просачивания углекислоты вовнутрь пузыря, что, постоянно накопляясь в нем, она способна разорвать его. Вообще можно привести очень много примеров в доказательство того, что если мы имеем влажную перепонку, то тот газ быстрее проходит через нее, который более растворяется в жидкости, смачивающей перепонку; мало того, если мы имеем совершенно сухую перепонку, то она быстрее пропускает сквозь себя тот газ, который имеет с ее составными частями некоторое химическое сродство, сходное с растворимостью. Но, спрашивается, каким же образом тут замешалось химическое сродство, когда мы имеем дело с явлением, по-видимому, чисто физическим? Для большей ясности напомним известный пример, когда берут пустой золотой шарик, наливают его полным воды, крепко завинчивают и затем начинают сплющивать молотком; вода сжимается весьма мало, а потому под ударами молотка она проникает в поры золота и выходит сквозь них на поверхность шарика. Тут вода проходит через поры под влиянием внешнего давления, а потому, очевидно, нет надобности в сродстве между частичками золота и воды. Но когда сильное давление неспособно заставить пройти газ через каучук, и он проходит единственно вследствие притяжения частичек каучука, когда он должен войти в состав частичек каучука или разместиться между ними, то естественно, что тóт газ должен лучше проходить через перепонку, которого частицы имеют наибольшую притягательную силу к частицам перепонки. Тут нам становится сколько-нибудь понятною роль химического сродства, и мы тут, как и в бездне других случаев, улавливаем некоторое сходство: с одной стороны — между тем частичным притяжением, которое обусловливает различные физические явления, и в настоящее время все более и более входит в область притяжения тела земных и небесных, по законам, открытым Ньютоном, и, с другой стороны, тем притяжением, от которого зависит растворимость и химическое сродство, еще не так давно стоявшие совершенно особняком. Наконец, эти же исследования показывают нам, что скважины, поры в телах, должны быть по крайней мере двух родов: одни из них, как в золоте, суть грубые поры, через которые газы и жидкости могут проникать под влиянием давления; другие же, через которые газы способны проходить лишь вследствие притяжения частиц; при подобном прохождении они сперва входят в состав тела, обращаются даже в жидкости или твердые тела, как мы сейчас увидим, и, наконец, испаряются с другой стороны перепонки.
Хотя эти результаты интересны сами по себе, но мы позволим себе сделать маленькое отступление, чтоб показать примеры практического приложения подобных исследований, которые иной практик, пожалуй, назовет совершенно бесплодными. Не останавливаясь на том, что эти исследования дают в некоторых случаях хорошее средство для анализа газов [3], мы заметим только, что они дают нам также возможность получить требуемый газ из смеси нескольких других, помощью соответственной перепонки. Таким образом, вытягивая газы, проникавшие из атмосферного воздуха в мешок, сделанный из шелковой материи, покрытой черным каучуком, Греэм получил уже не атмосферный воздух, а такую смесь азота с кислородом, где кислород составлял 41–47 процентов. Такая смесь гораздо лучше поддерживает горение, чем атмосферный воздух, содержащий только 21 процент кислорода [4]. Конечно, этот опыт Греэма был еще сделан лишь в малых размерах, но если б можно было достигнуть получения смеси с 50 процентами кислорода, то такая смесь могла бы найти не мало технических приложений, по своей возможной дешевизне.
Таким образом оказывается существование целого ряда тел нескважистых для микроскопа, но удобопроходимых для газов при обыкновенной температуре, каковы каучук, каменный уголь, графит, в том числе и искусственный, даже мрамор. Но рядом с ними стоял другой разряд тел однородных, нескважистых, каковы, например, стекло, платина, железо; мы могли выкачать воздух из стеклянного, платинового, железного сосуда и затем на неопределенное время оставить такой сосуд на воздухе, или в атмосфере из какого-нибудь газа, и ни воздух, ни этот газ не проникли бы вовнутрь сосуда. Между тем, последние исследования Греэма показали, что эти тела не пропускают газов только при обыкновенной температуре; достаточно нагреть их до известной степени, чтоб и они начали пропускать сквозь себя газы, но не все безразлично, а иные предпочтительно перед другими, причем большинство металлов пропускает более всего водород, — этот в высшей степени замечательный, как по физическим, так и по химическим свойствам газ. Таким образом берут трубку из металла палладия (весьма сходного с платиной во многих отношениях, кроме удельного веса, который почти наполовину меньше, и всегда сопровождающего ее в рудах) и вытянув из нее воздух, накаливают докрасна. Если она окружена воздухом, то воздух не проникает вовнутрь трубки; но стоит окружить ее водородом, чтоб водород немедленно начал проникать вовнутрь ее. Мало того, если трубка будет окружена смесью водорода, например, с светильным газом, то и тут вовнутрь ее проникнет только водород.
Заметив такое же избирательное сродство и в других металлах, Греэм сделал предположение, что прохождение через стены трубы происходит так: прежде всего металл поглощает газ, газ вступает в какой-то особый род пока еще неизвестного соединения с частицами металла, и только тогда, когда металл поглотит громадные количества газа, начинается выделение газа с другой стороны трубки. Убедиться в этом было не трудно: Греэм взял просто проволоку из платины, положил ее в пустую фарфоровую трубку, накалив докрасна, а потом дал ей очень медленно остывать, постоянно пропуская через трубку струю водорода. Проволока, по предположению Греэма, должна была поглощать водород во все это время, в различных количествах при различных температурах, а когда, затем, ее стали накаливать в пустоте, до еще высшей степени, она должна была выделять поглощенный водород. Действительно, водород стал выделяться, доказывая тем самым, что обыкновенно происходить не простое прохождение газа через металл, а действительное присвоение газа платиною, причем платина может сохранять его в себе неопределенный срок, при обыкновенной температуре. Но всего удивительнее было то, что из 1 кубич. дюйма платины получено таким образом почти 5 кубич. дюймов водорода. Между тем, держа в руках кусок платины в 1 куб. дюйм, мы сказали бы, что весь кубический дюйм занят металлом. Нисколько! Там, между частичками платины, в ее скважинах, столь малых, что через них не может проходить никакого газа даже под давлением столба атмосферного воздуха, — разместилось в пять раз больше водорода, чем занимала для глаз сама платина. Допустим, что на долю скважин в платине приходится одна тысячная всего, по-видимому, занимаемого ею пространства; тогда окажется, что водород внутри платины занимает пространство в 5000 раз меньшее, чем то, которое он занимал бы при обыкновенной температуре. Но известно, что если сильно сдавливали в меньший объем многие из известных нам газов, то они обращались в жидкость; правда и то, что водород еще не был обращен в жидкость; но его сжимали всего в несколько сот раз; тут же, когда водород занимает пространство в 5000 раз меньшее, чем при обыкновенной температуре, то давление должно быть равно по крайней мере 82 500 фунтам на кв. дюйм, и при таком давлении он наверно должен обратиться в жидкость. Но этого мало: палладий, весьма сходный с платиною, поглощает еще более водорода. При довольно низкой температуре, немного низшей, чем температура кипения воды, 1 куб. дюйм палладия поглощает уже не 5 куб. д., а около 650 куб. д. водорода, так что если допустить, что и в палладии поры составляют одну тысячную часть всего занимаемого им пространства [5], то окажется, что водород, для того, чтоб разместиться в его скважинах, должен занять пространство уже не в 5000, а в 650 000 раз меньшее, чем занимал прежде. Но при том давлении, которое он должен выдерживать в таком случае, он несомненно обратится не только в жидкость, но даже в твердое тело, ибо оно должно быть около 11 миллионов фунтов на квадр. дюйм. Таким образом тò, чего не в состоянии сделать наши паровые машины, то делает ничтожный кусочек металла.
Все силы масс оказываются ничтожными перед силою этих невидимых частиц, которые берут не размерами, а своим количеством. Действительно, количество их непостижимо, размеры же, по своей ничтожности, не менее поразительны, чем расстояния от нас до самых крайних пределов нашей звездной группы и даже до самых отдаленных туманностей. Чтоб дать понятие об этих расстояниях, мы приведем несколько цифр, и хотя мы должны будем умолчать о чисто математических теориях, давших возможность получить такие цифры, но мы покажем их основания, и можем уверить читателя, что они достаточно надежны, и что точные цифры должны быть еще поразительнее. Надо заметить, что самое вероятное предположение о строении газов — это то, что они состоят из бесчисленного множества мельчайших частичек, находящихся в постоянном движении со всевозможными скоростями. Сумма этих скоростей (выражаясь точнее — живая сила этих движений) в данную минуту составляет то, что мы называем упругостью газа, или его стремлением занять больший объем, чем тот, который он занимает в данную минуту. Измерить эти скорости прямым путем было бы невозможно, но так как всякое тело, при движении в воздухе, и вообще в газе, встречает от него сопротивление, которое происходит от ударов при встрече с этими биллионами частичек, то, зная трение, можно было математически вывести скорости и расстояния частичек. Они действительно изумительны, ибо оказывается, что каждая частичка должна двигаться со скоростью от 150 до 400 саж. в секунду для различных газов, и около 2½ верст для водорода, а расстояния от одной частички до другой должны быть не более одной миллионной доли миллиметра; миллиметр же почти равен толщине графита в обыкновенном фаберовском карандаше. Из этого же следует, что каждая частичка, в секунду, должна сталкиваться на своем пути по крайней мере с 8000 миллионов таких же частичек. Вот это-то движение частичек, разумно направленное, двигает поршень в паровой машине; подобное же движение частичек в палладии способно обращать водород в твердое тело.
После этого отступления, которое читатель, вероятно, извинит нам ради его интереса, мы снова возвратимся к исследованиям Греэма. Заметив мимоходом, что палладий оказался таким же оригиналом и относительно жидкостей, которых он поглощает более других исследованных металлов (оказывая, впрочем, явное предпочтение спирту), мы еще упомянем о золоте, серебре, меди и железе. Все они способны поглощать несколько газов, причем все-таки предпочитают какой-нибудь один газ, кто — водород, кто — азот, кто — кислород. Железо, конечно, было всего интереснее, по своему промышленному значению, и тут оказалось, что оно более всего поглощает окиси углерода, того самого газа, который образуется в таком изобилии при горении угля, и горит синим пламенем над раскаленными углями, как в наших домашних, так и в плавильных печах. Вследствие этого, обыкновенное железо, взятое из поделок, всегда содержат не мало (от 7 до 12 куб. д. на 1 куб. д. железа) окиси углерода, и это свойство железа поглощать большие количества окиси углерода пролило, наконец, некоторый свет на еще темные процессы образования стали. Сталь, как известно, есть железо с прибавкою угля, образующего с ним некоторое соединение (мы говорим только о главных составных частях). Каким же образом уголь, твердое тело, попадает в наших печах вовнутрь железа? Железо поглощает окись углерода при сравнительно низкой степени жара; потом оно продолжает нагреваться, окись углерода разлагается при более сильном жаре, часть угля остается в железе, а часть выделяется в виде углекислоты, оставляя на поверхности стали хорошо известные техникам пузырьки. Хотя подобное же объяснение предложено уже давно, но всегда казалось странным это проникание газов вовнутрь железа; исследования же Греэма вполне доказали возможность и неизбежность такого проникания.
Другое, не менее интересное приложение этих исследований, — на этот раз научное, — может быть выражено так: вам дают кусок металла, например, железа, и задают вопрос, откуда происходит это железо, или, вернее, где оно побывало в последних руках. Вы накаливаете его в пустоте и тщательно собираете выделяющиеся газы. Оказывается, что оно содержит почти исключительно окись углерода в пропорции от 7 до 12 объёмов; вы прямо говорите, что оно попало к вам из плавильной печи или из кузнечного горна. Но вот другой кусок, которого сложение показывает, что он есть аэролит, попавший на землю неизвестно откуда. В нем оказывается преимущественно водород, да еще в таком количестве, в каком железо не поглощает его, если оно просто нагревалось в струе водорода, а может поглотить только в весьма сгущенной водородной оболочке. Кроме водорода (85%) оказывается немного азота и окиси углерода. Такой случай действительно был, когда Греэм анализировал кусок аэролита, и этот анализ доказал, что аэролит, раньше пришествия на землю, побывал где-то в весьма густой водородной оболочке, следовательно, его составные части образовались не в нашей атмосфере [6].
Точно так же этим путем можно получить указания на способ образования металлических жил, рассекающих горные породы и, может быть, решить спорный вопрос об их водном или огненном происхождении.
Теперь, как бы в доказательство неоспоримой, но далеко не всеми сознаваемой истины, что всякие самые отвлеченные исследования, помимо своего общего влияния на дальнейшее развитие человечества, сплошь да рядом оказываются в высшей степени полезными и по своим непосредственным приложениям к техническим производствам и промышленности, нам и тут, после отвлечённых исследований над строением тел, приходится привести пример их приложений к промышленности. Мы говорим об одном, к сожалению, слишком мало еще распространенном приборе Энселля (Ansell) для указания присутствия в воздухе вредных газов. Всем нам не раз приходилось читать, даже в самое последнее время, о взрывах газов в каменноугольных копях, о гибели нескольких сот рабочих и затем воображать себе бедственное состояние их семей. Правда, для избежания этих взрывов давно уже предложена предохранительная лампа Дэви, которая позволяет ходить с огнем среди газа, более взрывчатого, чем порох; но, несмотря на употребление ее, взрывы повторяются постоянно, вследствие неосторожности, и единственное средство избавиться от взрывов, это — пускать в ход вентиляторы, как только произошло накопление горючего газа. Далее, есть множество других случаев, когда во время разных производств происходит в комнатах, минах, подвалах, накопление газов, вредных для дыхания, например, углекислоты. Поэтому весьма важно знать во всякое время, не произошло ли такого накопления газов; прибор Энселля дает средство узнать это. Вот сущность этого крайне простого прибора: Вообразите себе трубку, изогнутую в виде опрокинутого п, на одной из палочек которого насажена воронка; отверстие этой воронки покрыто пластинкою из глины; наконец, в трубку налито немного ртути. Если внутри воронки будет воздух и вне ее тоже воздух, то ничего не произойдет; но если вы внесете ваш прибор в комнату, где есть смесь воздуха хоть с светильным газом, вообще газом более легким, чем воздух, — светильный газ будет проникать через глину в воронку, а воздух — выходить из воронки. Но так как светильного газа будет проникать в воронку больше, чем выходить воздуха, то в воронке окажется больше газов, чем было сначала, и они станут выпихивать ртуть заставляя ее двигаться по согнутой трубке. Пусть ртуть будет соединена с одним полюсом электрической батареи, и в трубку будет вставлена через ту ветвь трубки, на которой нет воронки, платиновая игла, соединенная с другим полюсом батареи. Как только ртуть дойдет до острия иглы (а это расстояние можно сделать весьма малым), ток немедленно замыкается, и если ваши проволоки соединены с электрическим звонком, то он звонит, предупреждая вас, что у вас набираются вредные газы. Если вам нужно знать, не собирается ли у вас углекислота, т.е. газ более тяжелый, чем воздух, то прибору дается несколько иное расположение, ибо в таком случае ртуть будет подниматься в воронку. Чувствительность этого прибора поразительна: вы открываете немного кран у газового рожка и подносите прибор: этого достаточно, — струя выходящего газа немедленно приводит в действие электрический звонок. Наконец, прибор имеет то удобство, что вы ставите его где хотите, в руднике, в любой комнате, а проволоки и звонок проводите в свой кабинет, и вы всегда знаете, каков воздух в тех местах, где стоит прибор. Наконец, стоимость этих указателей Энселля, изготовляемых в Париже известным Salleron (24, rue Pavé-au-Marais) очень невелика, — всего 75 фр. с батареей и электрическим звонком.
Исследования Греэма помещались в Philosophical Transactions, последние — в июньской книжке 1866 г.; о поглощении газов металлами в «Journ. of the Chemical Soc.», May 1867. Они же послужили предметом двух превосходных лекций, помещенных Одлингом в «Royal Institution» и помещенных в июньских №№ «Chemical News» за 1867 г.; французский перевод их — в «Revue des Cours Scientifiques», 1867, 15-го июня, № 29. О химических действиях газов, сгущенных платиною и углем — в «Bull. de la Soc. chimique», Mars 1866, «Journ. of the Chemical Soc.», II, vol. V, 293 и «Journ. für prakt. Chemie», 1865, № 15, Bd. 101, Heft 7. Общедоступные изложения теорий о строении тел и большей части сюда относящихся исследований в брошюре Moigno: Physique moléculaire 1868. (2 фр. 50 с.); все исследования над диффузией жидкостей и газов прекрасно изложены Дегереном в его Anniaire Scientifique 1864, 1865, 1866, 1867 и 1868 годов (по 3 фр. 50 с.).
1. Ср. Force et matiére, par Tyndall, trad. et appendice par Moigno (1 фр. 60 с.), Séguin — Origine et propasation de la force. Sur les causes de la collision etc., помещались в журнале Cosmos; Coyteux — Discussion sur las principes de la physique, — все книги, не требующие больших математических познаний.
2. Воздух, как известно, способен более растворяться в холодной воде, чем в теплой.
3. Некоторые перепонки, пропуская иные газы, совершенно не пропускают других; таким образом, если наша перепонка, внесенная в смесь нескольких газов, пропускает сквозь себя какой-либо газ, то мы говорим, что в смеси есть тот самый газ, который она способна пропускать.
4. См. нашу предыдущую заметку в № 124-м от 8-го мая настоящего года.
5. В действительности и удельный вес, и бòльшая поглотительная способность заставляют предположить, что поры в палладии обширнее, чем в платине; но так как одна тысячная есть величина слишком большая для платины, то мы не рискуем сделать большую ошибку, принимая ее для палладия.
6. Как на аналогию, нельзя не указать на то, что спектральный анализ показал, что водород есть главная составная часть одного разряда звезд. См. нашу заметку об спектральном анализе в № 17, 18-го января н.г.
| Алфавитный каталог | Систематический каталог |