Александр фон Гумбольдт. Вестник Европы
Шрифт:
Опыты этого рода производятся обыкновенно в цилиндре, который наполнен исследуемым воздухом и один конец которого герметически закрыт, а другой конец опущен под ртуть. Деления, находящиеся на стенках этого стеклянного колпака, позволяют непосредственно учитывать количество исчезающего воздуха, или вернее, составной части его. Понятно, что при этом необходимо обратить внимание на окружающую температуру и состояние барометра, так как этими двумя факторами тоже обусловливается пространство, занимаемое в стеклянном колпаке воздухом; чистота употребленной окиси азота, ее растворимость и разлагаемость в воде, ширина употребленного цилиндра или колпака, – все это также оказывает влияние на исчезновение газов и на самое вычисление.
Определением всех этих влияний на результат опытов Гумбольдт занялся прежде, чем обратился к ним самим. Мы не имеем возможности следить здесь за подробностями его исследований, и если в беглом очерке указываем на метод их и главные выводы, то делаем это только с целью указать, чем обязана современная наука Гумбольдту и по какому тернистому пути приходится идти служителям ее, чтобы добывать результаты, пользоваться
Исследования Гумбольдта привели его к тому результату, что объем воздуха, исчезнувшего из-под эвдиометра (стеклянного колпака) после введения в него окиси азота, разделенный на 3,55, даст количество прежде заключавшегося в нем кислорода.
Кроме изложенного выше способа измерять содержание кислорода в атмосферном воздухе, существуют еще другие. Один из них, так называемый эвдиометрический при посредстве фосфора, основанный на определении количества кислорода посредством изменения убыли его при сгорании фосфора в воздухе известного объема, Гумбольдт тоже употреблял для контроля результатов, добытых первым методом. При этом оказалось, что результаты обоих методов не согласовались вполне; величины, даваемые первым методом, были значительнее даваемых последним. Исследуя причины этого, Гумбольдт открыл, что фосфор есть очень ненадежное средство для эвдиометрических целей, так как он не поглощает всего кислорода воздуха.
Окружающая нас атмосфера заключает, кроме кислорода и азота, еще газ, известный под именем углекислоты, соединения углерода с кислородом. Источники происхождения ее очень разнообразны: вулканы, минеральные ключи, процесс сгорания, дыхание, брожение и проч. Несмотря на необыкновенно важную роль, которую играет этот газ в экономии природы, он был так мало исследован, что до конца XVIII в. ему давали различные наименования смотря по источнику его происхождения, хотя в сущности это была одна и та же углекислота. Как только определение его химического состава было сделано гениальным Лавуазье, ученые стали исследовать его количественно, что было нелегко, так как присутствие этого газа в атмосфере при нормальных условиях ее весьма незначительно. И Гумбольдт при помощи особенного, им изобретенного аппарата (антракометра), делал обширные опыты и исследования. Но человеку с его складом ума было недостаточно решать детальные вопросы; он никогда не упускал из виду общих взглядов, для которых первые были только вспомогательным средством, и искал применения их к разных частям естествознания. Вот, например, какими задачами он задался при своих исследованиях над углекислотой: каково обыкновенное количество ее в атмосфере, каковы maximum и minimum ее? Не больше ли оно в теплом поясе, нежели в умеренном и в холодном? Не уменьшается ли количество углекислоты в зимние месяцы против летних? На горах в сравнении с равнинами? Нет ли отличий относительно содержания ее в воздухе ночью и днем? В открытом море и в лесах? Все эти вопросы были впервые поставлены Гумбольдтом и над решением их он трудился многие годы. Рассмотрев источники углекислоты в воздухе Гумбольдт переходит к исследованию ее количества и распространения. Maximum первого, по его опытам, доходит до 1,8, minimum 0,5%; средним числом из многих опытов – 1,5%. Последнее, т. е. распространение углекислоты, найденной Соссюром даже на Монблане, заставляет Гумбольдта утверждать, что она вовсе не случайная составная часть воздуха, но нормально в нем встречающаяся, вследствие своего химического притяжения к кислороду подымающаяся на такие высоты, до которых она без этого предположения не могла бы подняться, вследствие своей тяжести. Так как, говорит он, составные части воздуха – кислород, азот и углекислота – представляют различную плотность, то, судя по аналогии капельно-жидких тел, эти три газа должны бы занимать в атмосфере разные слои: внизу – должна бы находиться углекислота, над ней – кислород, а над ними – азот, между тем как мы видим противное: все три газа представляют смесь. Явление это, загадочное в то время, когда Гумбольдт делал свои опыты, объяснено теперь Дальтоном (именем которого открытый им закон и назван в науке). Дальтон доказал, что газы, находящиеся в известном пространстве, наполняют его как будто оно заключает не смесь их, а каждый отдельно. Так, каждый газ, по закону Дальтона, образует особую атмосферу, которая проникнута атмосферами других газов, заключенных в одном с ним пространстве. Поэтому место, освободившееся в смеси газов от удаления одного из них, играет роль пустого пространства, занимаемого оставшимися газами, восстанавливающими прежнее отношение смеси. Незнакомый с этим законом, Гумбольдт объяснял присутствие углекислоты на значительных высотах химическим притяжением между собой составных частей воздуха. Этим же предположением он объяснял и присутствие водяных паров в высших слоях атмосферы. Впрочем, он не предполагал притяжения этого неизменным и даже не считал его так значительным, чтобы оно могло исключить возможность различного состава воздуха в близко друг другу лежащих местностях. Он приписывал степень этих изменений количеству водяных паров, находящихся в воздухе, и первый обратил внимание на необходимость при определении количества углекислоты обращать внимание на многие посторонние обстоятельства, казавшиеся прежним исследователям совершенно безразличными. Что количество находящейся в воздухе углекислоты найдено им несколько значительнее, чем принимаемое в настоящее время, это объясняется тем, что тогда не умели так хорошо, как теперь, освободить воздух от водяных паров, и кроме того, как Гумбольдт, так и другие его современники, тоже нашедшие слишком высокие цифры для углекислоты в воздухе, анализировали чересчур небольшие количества воздуха,
И определение количества кислорода, сделанное Гумбольдтом, оказалось выше (26-27%), чем найдено впоследствии. Причиной этой неверности был метод, именно употребление окиси азота для эвдиометрических анализов.
Объяснение происхождения света при химических процессах также сильно занимало ученых того времени. Гумбольдт опроверг общераспространенное тогда мнение, что свет заметен только при соединении с кислородом. По этому поводу он выражает убеждение, что явления света и теплоты не обусловлены существованием определенных материальных субстратов, а что они представляют собой преходящее состояние материи, мнение, которое последующие исследования совершенно оправдали.
Гумбольдт, познакомившийся во время своей практической деятельности на деле с опасностями, которым подвержены рудокопы, не мог по характеру своему не обратить внимания на средства устранения их. Между этими опасностями подземные газы играют чуть ли не самую важную роль. Изучение этого вопроса разрослось под руками Гумбольдта в новую отрасль естествознания, до него не существовавшую – в подземную метеорологию. Первым шагом его на этом пути было исследование местностей. Вопрос этот важен уже потому, что местность обусловливает самый химический состав подземного воздуха. Он будет совершенно различен смотря по тому, находится ли он в сообщении с наружным или нет.
Несмотря на то, что исследования при помощи маятника показали, что внутренность земного шара не только не пуста, но даже имеет значительную плотность, ежедневный опыт убеждает нас, что все горные породы, в особенности вулканические, представляют различной величины пустые пространства, наполненные газами, которые очень отличны по своему химическому составу от внешнего воздуха. Наткнувшись на такую пещеру, работники, сделав в ней отверстие, бывают вдруг погружены в атмосферу газов, неспособных для поддержания дыхания. Какие колоссальные несчастья происходят от подобных случайностей, мы имеем случай, к сожалению, слышать очень часто. Так как рудокоп изредка только встречает на своем пути описанные пещеры, то они имеют второстепенное значение; первое же место занимают, бесспорно, углубления, производимые искусственно при самых горных разработках.
Общераспространенное мнение, что газы этих углублений тем опаснее и вреднее для рудокопа, чем глубже находится штольня, совершенно неверно. Не глубина ее, а местные условия, на которые указал Гумбольдт, – перемена воздуха, укрепление шахты, выветривание пород, количество воды в них заключающейся, открытые щели, из которых выходят газы, – вот те местные обстоятельства, которые играют здесь главную роль. На отсутствие солнечного света, электрические условия, степень влаги, Гумбольдт также обратил внимание, но оказалось, что условия эти не играют главной роли. Температура в шахтах умеренного пояса отличается немногим от средней температуры наружного воздуха; встречающиеся же уклонения от нее обусловливаются наружными влияниями. Гумбольдт не признавал мнения, по которому по мере углубления внутрь земного шара температура его увеличивается в столь значительных размерах, как некоторые утверждали. Этот взгляд Гумбольдта объясняется тем, что он был тогда последователем нептунической теории, не признававшей так называемого центрального огня. Известно, что еще древние защищали теорию противоположную, унаследованную впоследствии и вулканистами, между которыми в особенности Бюффон развил учение о центральном огне. Он утверждал, что земной шар есть не что иное, как частица солнца, которая оторвалась от него и была прежде в расплавленном состоянии. Охлаждаясь она образовала земную кору, которая от неравномерного сокращения выдвинула горы и образовала долины. Не допуская тогда вулканической теории, Гумбольдт не признавал и следствий ее – центрального огня, объясняя не подлежащее сомнению возвышение температуры по мере удаления от поверхности земли к центру ее химическими процессами, отделяющими теплоту.
Исследуя химический состав воздуха в рудниках, Гумбольдт нашел, что в некоторых из них он ничем почти не отличается от наружного; в большей же части случаев представляет значительные уклонения. К обстоятельствам, влияющим на них, он относит: разложение пород, не заключающих руд, ископаемые, заключающие углерод, подземные растения, стоячую воду, разведение огня, взрывы, дыхание людей, освещение. Не заключающие руд породы, выветриваясь, отделяют содержащиеся внутри них газы, в особенности азот; нередко, например, каменноугольные копи выделяют из себя углеводород, который соединяется с кислородом воздуха и делает его неспособным для дыхания или, при соприкосновении с воздухом и огнем, производит взрывы, так опасные для рудокопов.
Изучив причины этих вредных явлений, Гумбольдт пытается найти средства их отклонить или по крайней мере ослабить. Средства, бывшие до того в употреблении, оказывались чересчур сложными и дорогими. Так, штольни, устроенные с специальной целью возобновлять воздух посредством тяги, притока свежей воды, мехов, накачивания в рудники кислорода и т. п., оказывались непомерно дорогими. Притом Гумбольдт во время своей практики убедился в необходимости отделить аппараты, назначенные для проведения годного для дыхания воздуха от аппаратов, предназначенных для поддержания горения ламп, а не тщетно стараться удовлетворить обоим требованиям одним аппаратом. К этому побуждало его наблюдение, что один газ гасит только лампы, не вредя дыханию, между тем как другой гасит лампы и производит удушье. Желая устранить первое неудобство, Гумбольдт придумал особую лампу, теперь, правда, забытую и вытесненную лампой Дэви, но они восполняют друг друга, ибо первая оказывает существенные услуги в рудниках, наполненных газами, гасящими огонь, вторая же – там, где развивается гремучий газ. Таким образом, забвение это не может быть ничем оправдано и в интересе рудокопов следовало бы употреблять лампу Гумбольдта в местностях, бедных кислородом, а там, где газы при соприкосновении с огнем воспламеняются и производят взрыв – лампу Дэви.