ЕЖЕМЕСЯЧНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ к ЖУРНАЛУ "ВЕСТНИК ЗНАНИЯ"

В течеиие 1928 года „Природа и Люди" даст ряд наиболее крупных и
интересных описаний последних путешествий советских и иностранным
ученых в разные страны земного шара.
В число 12 книг, снабженных массою иллюстраций, войдут следую¬
щие сочинения:
Кн. 1-я. Акад. А. Е. ФЕРСМАН. В ПЕСКАХ КАРАКУМОВ. Кн. 2-я. Проф.
П. Ю. ШМИДТ. НА ОСТРОВАХ ТИХОГО ОКЕАНА. Кн. 3-я. Путеш. Акад.
Всеукр. Акад. Наук П. К КОЗЛОВ. В СЕРДЦЕ АЗИИ. Кн. 4-я. Проф. Ю. Н
ВОРОНОВ. СОВЕТСКАЯ ЭКСПЕДИЦИЯ ЗА КАУЧУКОМ В ЦЕНТРАЛЬНУЮ и
ЮЖНУЮ АМЕРИКУ. Кн. 5-я. Л. А. КУЛИК. Нач. экспедиции Акад. Наук. ЗА
ГИГАНТСКИМ МЕТЕОРИТОМ. Приключения советских ученых в. тунгусской тайге.
Кн. 6-я. Д. А. ЛУХМАНОВ. НА ПАРУСАХ ЧЕРЕЗ ОКЕАНЫ. Первое советское за¬
океанское плавание на парусном судне „Товарищ". Кн. 7-я. ФРИТИОФ НАНСЕН.
В СТРАНЕ ТЮЛЕНЕЙ и БЕЛЫХ МЕДВЕДЕЙ. Новое произведение знаменитого
полярного путешественника, иллюстрированное самим автором. Кн. 8-я. Р. ШЕБЕСТА
У КАРЛИКОВ МАЛАЙЦЕВ (Путешествие 1924-1925 гг.). Кн. 9-я. ВИЛЛЬЯМ БИБ.
НА КРАЮ СВЕТА (Экспедиция на Галапагосские острова 1925—1926 гг.). Кн. 10-я.
А. САВАЖ ЛАНДОР. ДИКАРЬ ЛАНДОР. Приключения художника и исследователя,
рассказанные им самим. Кн. 11-я. А. РЕЙШЕК УМИРАЮЩИЙ МИР (Природа и
люди Новой Зеландии). Кн. 12-я. АРТУР БЕРГЕР. В СТРАНЕ ВЕЧНОЙ ВЕСНЫ
(Природа и люди Гавайских островов).	4
Все книги представляют собою рассказы о личных впечатлениях и переживаниях
авторов-путешественников среди природы различных стран света и переносят читателя
в современную бытовую обстановку, в которой живут и трудятся люди различных
областей земного шара.
Подписчики журнала „Вестник Знания", не подписавшиеся на прило¬
жение „Природа и Люди", могут получить означенное приложение
в 12 книгах за доплату 4-х рублей.
См. 3-ю траницу обложки.

ФИЗИКА ЗЕМНОГО ШАРА
ПОД РЕДАКЦИЕЙ И С ДОПОЛНЕНИЯМИ
Проф. Б. П. ВЕЙНБЕРГА
Заглавная заставка работы художника Фомы Райляна

Основано в 1885 г.
Типография Л.С.П.О., Ленинград, Лештуков, 18
Ленинградский Областлит № 5853.
Зак. № 777. Тираж 15.000

I.	Из истории изучения земного шара.
1.	Возникновение и рост геофизики.
Физика в современном смысле этого слова — в смысле науки об
энергии и ее превращениях — родилась из геофизики, науки о физических
явлениях на земном шаре, или, вернее, долгое время была геофизикою.
Это видно даже из самого названия „физика", что означает наука о
природе. Это следует и из того, что этап опыта, являющийся необходи¬
мым методом изучения физических явлений вообще, а не только в том
виде, в каком их преподносит нам природа на земном шаре, был
третьим этапом развития науки вообще, и что этого этапа физика
в числе прочих наук начала достигать, лишь начиная с Эпохи Возро¬
ждения.
В течение первых двух этапов развития науки — в течение этапа
наблюдения и этапа умозрения, особенно ярко поставленного на пер¬
вый план эпохой эллинской науки, — не было даже разделения гео¬
физики и физики — и накопление физических сведений шло в ряду
общего накопления знаний. Много ценных наблюдений и попыток их
обобщения можно найти в трудах Эмпедокла, Геродота, Пифея и осо¬
бенно Аристотеля. Не мало внесли в эту область в мрачные средние
века арабы, познакомившие невежественную западно-европейскую пуб¬
лику с наукой, достигшей у них высокой степени развития. Авероэса
и Маймонида, этих двух гениев семитического племени, можно смело
назвать учителями Альберта Великого, Рожера Бэкона, Фомы Аквин¬
ского (XI и XII века). В дальнейшем геофизика многим обязана Данте
Алигиери (XIV в.), Леонардо-да-Винчи, Копернику (XVI в.), трем гениям
XVII столетия Кеплеру, Галилею и Ньютону, но все же накопление
чисто геофизических сведений шло довольно медленным темпом.
10*	147

Развитие математики, механики, астрономии, физики и химии
в XVII и XVIII столетиях дало мощный толчок выяснению физических
явлений, происходящих на земном шаре. К изучению их стали приме¬
няться физические измерительные приборы; в связи с развитием путе¬
шествий в неизвестные страны начинается изучение геофизических
явлений в различнейших местах земного шара; отдельные отрасли
современной геофизики начинают обособляться, если не в отдельные
науки, то в отдельные главы той обширной науки о земном шаре, ко¬
торая до нашей эпохи обхватывала под именем физической геогра¬
фии. а затем землеведения самые разнообразные стороны жизни и
особенностей земного шара.
Тот же процесс дифференциации продолжался и в XIX веке, когда
появился на свет или упрочил свое самостоятельное существование
ряд отраслей современной геофизики. Сюда относятся: метеороло¬
гия— учение об явлениях в нижних слоях воздушной оболочки зем¬
ного шара, или атмосферы; аэрология — учение об явлениях
в верхних слоях атмосферы; атмосферная акустика, предметом
которой являются звуковые явления в атмосфере; гидрология —
наука об явлениях в жидкой оболочке земного шара, или гидро¬
сферы, и, в частности, океанология; сейсмометрия—учение
о колебаниях твердой оболочки земного шара, или литосферы;
гравиметрия, изучающая распределение силы тяжести на земном
шаре — и наконец несколько научных дисциплин, изучающих физиче¬
ские явления в эфиросфере земного шара, если назвать так тот
всепроникающий эфир, веру в существование которого энергично по¬
трясает современная теория относительности. К числу последних дис¬
циплин относятся атмосферная оптика — наука о световых
явлениях в атмосфере; земной магнетизм — учение о магнитных
явлениях на земном шаре; атмосферное электричество —
учение об электрических явлениях на земном шаре; сюда же надо
включить возникшие уже в нашем столетии: радиометрию, изу¬
чающую радиоактивность горных пород, почвы, воды и воздуха, и уче¬
ние о „проникающей радиации", представляющей, повидимому,
явление космического происхождения.
Все эти отдельные отрасли знания только за последнее время
начинают понемногу спаиваться и срастаться в единую геофизику,
но еще далеко то время, когда мы увидим на месте площади с этими
отдельными постройками, между которыми, проведены уже дорожки и
даже во многих местах крытые коридоры, одно стройное и величе¬
ственное здание, где поместится содержание всех перечисленных
построек и весьма родственных им: геодезии — науки о размерах и
форме земного шара—и физической геологии — учения о фи¬
зических явлениях, имевших место на земном шаре в отдаленнейшем
и отдаленном прошлом. В пользу такого предсказания говорит, напр..
такое обстоятельство, что одним из международных союзов, соста¬
вляющих в своей совокупности Международный Совет Исследований
(пока еще не Всенародный, так как в него еще не входят СССР и
государства, воевавшие с Антантой), является Международный Геодези¬
ческий и Геофизический Союз.
Дать на протяжении небольшой книги обзор достижений всех
отраслей геофизики — значит дать несколько общих фраз и не дать,
в сущности, ничего. Поэтому мы ограничимся здесь лишь несколькими
страницами из вечно юной и все более и более завлекательной книги
геофизики.
148

2.	Земной магнетизм.
Компас с магнитной стрелкой был известен в Китае за много
времени до начала нашей эры, но в Европе он стал известен лишь
в XII—XIII столетии.
Свойства магнитной стрелки общеизвестны: северным концом
(или полюсом) она направляется на север, южным полюсом на юг;
одноименные полюсы двух магнитов отталкиваются, разноименные
притягиваются. Постоянное положение магнитной стрелки доказы¬
вает присутствие на земном шаре особой „магнитной силы", заста¬
вляющей землю действовать на стрелку, как большой магнит. Так
как магнитные стрелки почти везде на земле направляются северным
концом приблизительно на север, то отсюда следует, что близ север¬
ного полюса помещается южный магнитный полюс большого маг¬
нита земли. Наоборот, вблизи южного географического полюса нахо¬
дится северный магнитный полюс, притягивающий к себе южный конец
всех стрелок. В разговорном языке
принято магнитным северным полюсом
называть полюс, помещающийся на
севере.
У магнитной силы земли, как и
у всякой силы, мы различаем напра¬
вление, по которому она действует,
и „напряжение“ — величину ее. Первое
определяется направлением оси ма¬
гнита— прямой линии, соединяющей
его полюсы (в случае стрелки — концы
ее). Если бы магнитные полюсы земного
шара совпадали с географическим (а
также если бы на земном шаре не было
никаких магнитных горных пород и
земных электрических токов; о послед¬
них будет речь ниже), то все свободно
вращающиеся магнитные стрелки мира располагалась бы в верти¬
кальных плоскостях, идущих с юга на север, т. е. по меридиану.
Но, так как магнитные полюсы не совпадают с географическими,
как это видно, напр., из рис. 1, на котором „М полюс" означает
северный магнитный полюс, а „С полюс" — северный географический,
то магнитная стрелка нигде почти не устанавливается точно по
географическому меридиану, т. е. не показывает точно на север. Если
отправиться в Сев. Америку на Баффинову землю, где находится
в настоящее время северный магнитный полюс, и поместиться на
проходящем чрез него меридиане к северу от него, т. е. между маг¬
нитным и географическим полюсами, то стрелка будет показывать се¬
верным концом на юг!
Угол, образуемый стрелкой и полуденной линией, называют скло¬
нением стрелки. Если повесить стрелку так, чтобы она могла вра¬
щаться также вверх и вниз, то она образует с горизонтальной линией
угол, называемый наклонением.
Установка магнитной стрелки в определенном направлении проис¬
ходит под влиянием сил земного магнитного поля, действующих в не¬
котором направлении на северный полюс стрелки и в прямо противо¬
положном на южный. Такая „пара сил" поворачивает свободно вра¬
щающуюся магнитную стрелку так, чтобы ее ось стала по напра¬
влению напряжения магнитного поля, — и каждая из этих двух сил
149
Рис. 1. Земля как большой магнит.

зависит по своей величине и от степени намагничения стрелки („коли¬
чества магнетизма" в каждом из ее полюсов) и от величины магнит¬
ного напряжения.
Великий немецкий математик, астроном и физик Гаусс в своей
классической работе „Vis magnetica terrestris ad mensuram absolutam
revocata" (1832) — „Земная магнитная сила, призванная к абсолютной
мере" — научил человечество мерить в определенных единицах, зави¬
сящих только от принятых единиц длины, массы и времени (например,
в системе „сантиметр-грамм-секунда" или „С. Г. С.“), как „количество-
магнетизма", так и полное напряжение земного магнитного поля или его
составляющую по тому или иному направлению. И теперь магнитное на¬
пряжение выражают не в произвольных, как было сначала, а в абсо¬
лютных единицах, — обычно в С. Г. С. (или С. G. S.) единицах.
Склонение, наклонение и напряжение земного магнетизма раз¬
личны в различных точках земного шара.
Соединив непрерывными линиями все точки одинакового склоне¬
ния, получим так называемые изогоны; линии одинаковых магнитных
наклонений называются изоклинами, и, наконец, линии, проходя¬
щие через пункты одинакового магнитного напряжения, называются
изодинамами.
В настоящее время западная Европа, Африка, Малая Азия и Ара¬
вия, западная Австралия, восточные части Северной и Южной Америки,
северо-восточный Китай, Корея, почти вся Якутия, Дальне-Восточный
Край (за исключением Чукотского полуострова), весь Атлантический
океан и почти весь Индийский обладают западным склонением маг¬
нитной стрелки, а во всей остальной части земного шара, в том числе
почти на всей территории СССР, склонение — восточное. В северном
полушарии земли изогоны пересекаются в магнитном полюсе, лежащем
теперь в арктической области Северной Америки на 71° сев. широты
и 96° долготы (к западу от Гринвича). Южный магнитный полюс соот¬
ветственно находится в южном полушарии под 72° южн. широты и
155° восточной долготы.
Карты с нанесенными на них изогонами крайне важны для море¬
плавания, так как при помощи них можно по курсу корабля относи¬
тельно магнитной стрелки находить истинное направление движения
корабля относительно географического меридиана, а, следовательно, и
прокладывать путь корабля на карте и узнавать благодаря этому, где
в море находится корабль, не прибегая к наблюдению звезд, далеко
не всегда возможному. Столь же. существенны магнитные карты и для
авиации, и для простейших топографических работ, и даже для артилле¬
рийского дела, так как в настоящее время весьма часто прибегают
к стрельбе по невидимой цели и направляют орудие, пользуясь, с одной
стороны, географической картой, а, с другой стороны, находя напра¬
вление географического меридиана на местности при помощи магнит¬
ной стрелки и магнитной карты, дающей склонение в данном месте.
Изоклины — линии одинакового магнитного наклонения — идут
приблизительно сходно с параллельными кругами и показывают, что
угол наклонения увеличивается с возрастанием широты, достигая ма¬
ксимума (90°) на обоих магнитных полюсах, как это можно заключить
из рассмотрения рис. 1. Из того же рисунка можно заключить, что
горизонтальная составляющая напряжения земного магнит¬
ного поля должна наоборот быть тем меньше, чем ближе будем мы
к магнитным полюсам, и обнаруживается отчетливо непосредственными
наблюдениями.
Между обоими полушариями земли недалеко от экватора прохо¬
дит круг, на котором наклонение равно нулю (т. е. свободно вращая
150

колесо, стрелка принимает горизонтальное положение); эта линия назы¬
вается магнитным экватором и пересекает часть северного и
часть южного полушарий, поднимаясь в восточной Африке до 10° сев.
шир. и в центральной Бразилии опускаясь до 15° южн. шир.
В обоих полушариях существует по два пункта с максимальным
полным магнитным напряжением (в нашем полушарии они располо¬
жены один в Сев. Америке, к северу от Гудзонова залива, другой
в северо-восточной Азии, под полярным кругом), тогда как известен
всего один центр наименьшего напряжения, лежащий в Атлантическом
океане близ берегов Южной Америки.
Величина склонения определяется горизонтальным углом между
полуденной линией в данной точке и магнитной осью свободно вра¬
Рис. 2. Северное сияние, наблюдавшееся 21 Января 1839 г. в Боссеконе (Риннмаркен).
(По Бравэ).
щающейся стрелки и выражается в круговых градусах, минутах и до¬
лях минут (1°— 1/360 окружности круга; 1' (минута) = 1/60), соответственно
отклонению северного конца стрелки на восток или на запад от
магнитного меридиана различают восточное или западное склонения.
Наклонение определяется величиной вертикального угла между гори¬
зонтальной линией и магнитной осью свободно вращающейся стрелки;
выражается оно также в градусах, минутах и долях минуты; если север¬
ный полюс стрелки приэтом смотрит вниз, т. е. приходится ниже юж¬
ного, наклонение называется северным, в противном случае — южным
(первое вообще говоря, происходит в северном полушарии, второе —
в южном, как это тоже видно на рис. 1).
Помимо указанного выше практического значения сведения о
распределении перечисленных трех элементов земного магнетизма —
склонения, наклонения и горизонтальной составляющей (или полного
напряжения) — представляют глубокий интерес и с научной точки
зрения.
Изменения земного магнетизма или периодичны, т. е. происхо¬
дят по определенным законам в течение определенных промежутков
151

времени, или наступают неожиданно без видимой причины,— в виде
магнитных возмущений или „магнитных бурь". Основные периодические
изменения совершаются в пределах суток и года и потому называются
суточными и годовыми. Они происходят повсеместно, достаточно равно¬
мерны, хотя и различной силы, в различных местах и в общем обу¬
словлены положением данного пункта относительно солнца. Например,
среднее суточное колебание склонения (от maximum’a до minimum’a)
в течение года около экватора приблизительно равно 4'; в средних
широтах оно 8', близ полюсов земного шара доходит до 1°—2° за
сутки. Летом колебания гораздо значительнее, чем зимой. Годовое
колебание склонения весьма незначительно и равно всего нескольким
десятым долей минуты в обе стороны от среднего положения.
Гораздо значительнее так называемые вековые изменения
склонения (то же относится и к другим элементам земного магнетизма),
имеющие, вероятно, тоже периодический характер, но с периодом
в 3—5 столетий и притом, повидимому, различным для различных
точек земного шара.
Слова „вероятно", „повидимому" приходится добавлять потому,
что сколько-нибудь систематические определения, даже склонения,
имеются для больших промежутков времени лишь в очень небольшом
числе пунктов. Так. в Париже магнитная стрелка отклонялась в 1580 г.
на 10° к В, в 1660 склонение было 0°, в 1814 23° к 3, а теперь
в Валь-Жуайе оно около 2° к В; в Лондоне в 1580 склонение было 11° к
В, в 1657 было равно 0°, доходило в первой четверти XIX столетия
до 25° к 3, а теперь в Гринвиче и Кью около 13° к 3; в Петербурге
оно было в 1726 равно 3° к 3., в 1800 доходило до 10° к 3, а теперь
в Слуцке (Павловске) близ Ленинграда около 1° к В; в Иркутске
в 1735 склонение было 1° к 3, доходило до 3° к В в семидесятые—
восьмидесятые годы прошлого столетия, а теперь в Зуе (близ Иркутска)
приближается к 0°. Эти изменения настолько значительны, что веще¬
ственные следы можно наглядно видеть у нас в некоторых городах,
где есть рядом очень старинные и менее старинные соборы, так как
по данным В. Б. Вейнберга для Сибири церкви строились прежде
алтарем на восток, причем направление стран света определялось
по магнитной стрелке: различная ориентировка построенных
в различные эпохи церквей бросается сразу в глаза.
В приведенных данных можно заметить одну особенность: ни
для одного из перечисленных городов не указано склонение в настоя¬
щее время — не приведено потому, что уже давно сначала из-за обилия
железа в постройках, а затем из-за проведения трамваев — магнитные
обсерватории пришлось вынести далеко за границы городов.
Изменения других элементов земного магнетизма того же четвер¬
того характера — суточные, годовые, вековые магнитные бури,— как и
склонения, но менее значительны, а потому и обнаружены были позд¬
нее и изучены хуже.
Все магнитные измерения с несомненностью указывают, что тек¬
тонические условия, наличность магнитных горных пород, характер
поверхности страны влияют на направление магнитных кривых. Это
обнаружил еще в середине прошлого столетия Ламан при магнитных
съемках в Баварии. Таким образом, магнитная стрелка, как и маятник,
дает понятие об условиях, господствующих в глубочайших, недоступ¬
ных прямому исследованию слоях земной коры.
Элементы земного магнетизма не являются постоянными величи¬
нами; напротив, они постоянно и непрерывно изменяются; и эти зага¬
дочные изменения резко выделяют магнитные явления из прочих по¬
стоянных явлений на земле. Форма земной поверхности, морские тече¬
152

ния, приливы и отливы, системы ветров остаются в среднем почти
неизменными в течение многих столетий; магнитное же состояние
земли и в среднем изменяется весьма заметно, хотя и довольно
медленно, но на протяжении даже одного-двух столетий направление
и форма магнитных изолиний — изогон, изоклин и изодинам (в осо¬
бенности, первых) — может измениться до неузнаваемости.
Суточное колебание склонения было открыто еще Грагамом в 1722
суточный же ход наклонения найден лишь в 1827 французским
астрономом Араго. В общем наклонение возрастает в обоих полуша¬
риях для средних и высоких широт, когда солнце стоит над горизон¬
том, и убывает ночью; среднее колебание равно всего лишь 1,5'.
В тропиках, наоборот, наклонение меньше днем, чем ночью, и среднее
колебание достигает приблизительно 3'. Так же правилен и годовой
период наклонения: с октября по март оно выше своей средней вели¬
чины. с апреля по сентябрь ниже, причем размах колебания в сред¬
нем равен примерно 1,5'.
Рис. 3 и 4. Вспышки северного сияния, сфотографированные экспедицией Амундсена
в 1918—1924 гг. близь северных берегов Сибири.
Вековые изменения наклонения обусловливают изменения вида
изоклин, подобно вышеупомянутому изменению изогон. В западной и
центральной Европе, например, наклонение и XIX веке уменьшалось
приблизительно на 2' - 4' в год, но теперь уменьшается значительно
медленнее. Так в Лондоне оно равнялось в 1723 г. 74°42', в 1821—
70с03', в 1860 68°19', а в Кью и Гринвиче теперь около 67°. В Петер¬
бурге же оно было около 74° в середине XVTII столетия, дошло до
70 3/4° к семидесятым годам прошлого века, оставалось около этой ве¬
личины в Петербурге и Слуцке до первых годов этого столетия, а за¬
тем стало увеличиваться и теперь возрастает на 3' -4' в год.
Наконец, и напряжение земного магнетизма имеет суточные и го¬
дичные и вековые изменения. Суточные и годичные колебания напря¬
жения определены достаточно точно для многих пунктов земли. Первые
повсеместно довольно регулярны: оставаясь постоянной ночью, напря¬
женность земного магнетизма быстро падает к утру, в полдень дости¬
гает своего минимума и снова быстро возрастает к вечеру. Интерес¬
нее годовой период полной напряженности земного магнетизма: всюду
сила магнетизма зимой больше, чем летом.
153

Вследствие того, что изменения напряжения стали производиться
лишь с середины XIX века и велись сначала недостаточно точно и
в очень малом числе пунктов, вековые изменения его изучены недо¬
статочно, но, например, из исследований известного американского
магнетолога Бауера следует, что земной шар понемногу размагничи¬
вается, но быстрота размагничивания невелика: „магнитный момент" зем¬
ного шара убывает в год приблизительно на одну двухтысячную своей
величины.
Помимо этих наиболее замечательных изменений элементов маг¬
нетизма наблюдались и другие, зависящие от времени вращения
солнца вокруг своей оси (примерно, 26 дней) и даже от положения
луны, но эти изменения крайне незначительны.
Рис. 5. а — кривая северных сияний, b — суточные колебания склонения магнитной
стрелки, с—частота солнечных пятен.
(По Ханну).
На ряду с правильными изменениями, элементы земного магне¬
тизма обнаруживают и неправильные, быстро возникающие и исчезаю¬
щие отклонения, которые называются магнитными возмущениями или
магнитными бурями. Они гораздо сильнее в своих проявлениях, чем
периодические изменения, и способны усиливать и уменьшать магнит¬
ные силы на 10% их нормальной величины. Эти возмущения по боль¬
шей части возникают во многих пунктах одновременно и захватывают
иногда весь земной шар, что заставило искать причину их вне его.
В настоящее время можно считать установленным связь магнитyых
бурь с теми грандиозными процессами на солнце, которые выражаются
появлением на нем пятен и больших протуберанцев.
В средине XVIII века астроном Швабе, из Дессау, установил
11-летний период повторяемости солнечных пятен; вслед за ним анг¬
лийский астроном и геофизик Сэбайн открыл такую же периодичность
у магнитных возмущений и показал, что периоды наибольшей частоты
их и солнечных пятен совпадают. Эта весьма важная связь космиче¬
ских и земных явлений установлена с несомненностью тщательными
наблюдениями, причем обнаружилась связь их еще с одним из любо¬
пытнейших геофизических явлений, а именно с полярными сияниями
154

(северными сияниями — aurora borealis — в нашем полушарии, южными —
aurora australis — в южном), о которых будет подробнее сказано далее;
здесь же мы ограничимся приведением старинной зарисовки (рис. 2)
одного из очень красивых северных сияний в форме волнующейся
(и притом переливающейся различными цветами) гигантской драпировки
и двух из многочисленных фотографий (рис. 3 и 4) этого явления,
снятых во время дрейфа судна „Mod“ при экспедиции Амундсена
1918—1924 гг.
Наглядное представление о параллелизме между космическими и
магнитными явлениями дает рис. 5, изображающий ход средней су¬
точной изменяемости склонения и периодичность северных сияний и
солнечных пятен за время 1784— 1870 гг.
Полярные сияния, следовательно, являются как бы соединитель¬
ным звеном, связующим космические явления с зависящими от них
магнитными возмущениями на земле. Это поразительное соотношение
между солнцем и электромагнитными явлениями на нашей планете
идет гораздо дальше, а именно у северных сияний на полярных стан¬
циях обнаружилась ясная 26-дневная периодичность.
Для полноты картины упомянем еще о земных электрических то¬
ках, открытых Штейнгелем в первой половине прошлого столетия. По
предложению этого ученого на телеграфных станциях в качестве про¬
водника для обратного тока стали пользоваться, вместо второй про¬
волоки, землей. Измерения, производившиеся в течение 20 лет гер¬
манским почтово-телеграфным ведомством, показали, что земные токи
отличаются крайним непостоянством, обнаруживающим, как и земной
магнетизм, периодические изменения, зависящие от времени дня, года
и т. п. Средняя суточная кривая изменений земного тока совершенно
аналогична с кривой, показывающей суточный ход полной магнитной
напряженности; остальные изменения земного тока — сезонные, годо¬
вые и пр.,—также сходны с периодами элементов магнетизма, о которых
говорили мы выше.
Еще более важно, особенно для практической телеграфии, изуче¬
ние внезапных и сильных возмущений земных токов, совершенно на¬
поминающих магнитные возмущения и имеющих тот же одиннадцати¬
летний период. Эти возмущения в 1848, 1859, 1872, 1883, 1894 гг. и т.д.
были настолько интенсивны, что на многих линиях приходилось даже
прерывать телеграфирование на несколько часов. Подобная электриче¬
ская подземная буря в 1859 г. выбрасывала из аппаратов целые снопы
пламени, исчезавшие лишь после выключения из цепи земных про¬
водников.
Из сказанного ясно, какое значение имеет изучение изменений
земного магнетизма во времени и распределении его на земном шаре.
Чтобы следить за первыми, стали, по мысли Гумбольдта, устраивать
в ряде мест — в первую голову откликнулась на это предложение наша
Академия Наук — магнитные обсерватории, где возможно часто. На по¬
стоянных местах наблюдаются (а теперь обычно записываются посред¬
ством особых самопишущих приборов) значения магнитных элементов.
К сожалению, эти обсерватории распределены крайне неравномерно,
как видно из следующей таблицы (см. 156 стр.).
Что же касается распределения земного магнетизма, то средством
для изучения его являются магнитные съемки, при которых
производятся магнитные определения на местах, расположенных, по
возможности, в правильном порядке на приблизительно равных рас¬
стояниях (от 15 до 25 км в большинстве стран) или же по определен¬
ным маршрутам (в местностях, мало населенных или имеющих плохие
пути сообщения).
155

Число магнитных обсерваторий.
В 1915 г.
В 1928 г.
Площадь (в
миллионах
кв. км).
Западная Европа	....
22
26
6
СССР

7
9
21
Южная Азия	. . .
7
8
34
Северная Америка .
4
6
23
Южная Америка . .

2
4
21
Африка

1
3
35
Австралия	. .
1
з
10
Все океаны
4
7
350
ИТОГО

43
65
505
Первоначально считали, что такие подробные магнитные съемки
каждой страны, а в идеале и всего земного шара, следует в виду
вековых изменений земного магнетизма повторять каждые 25—35 лет,
но в настоящее время можно считать выясненным, что, хотя общий
вид магнитных изолиний на всем земном шаре (особенно, как уже
упоминалось, изогон) и изменяется значительно с течением столетий,
но в каждой отдельной местности их форма остается довольно
устойчивой: происходит их сближение или расхождение, изменение
величины элемента на каждой из них, но их дамбы и искривления почти
не меняются. Поэтому, в сущности, для каждой страны достаточно
произвести детальную магнитную съемку один раз, а не произво¬
дить их каждые 25—35 лет. Но зато пробудился интерес к микро¬
съемкам— к определению магнитных элементов на значительно
меньших расстояниях, как считалось необходимым раньше с тою
целью, чтобы лишь не пропустить какую-либо магнитную ано¬
малию, т. е. местность, где магнитные элементы разнятся от
значений в соседних местах гораздо больше, чем вытекает из общего
хода изолиний. Изучение определений в близких точках—точках, от¬
стоящих на несколько сот метров или на небольшое число киломе¬
тров, обнаружило явление, названное Б. П. Вейнбергом „магнитною
рябью" потому, что, если на основании подробной микросъемки
нарисовать магнитные карты с возможно частыми изолиниями, то
получится картина, напоминающая скорее рябое лицо, чем правильно
заштрихованную редкими штрихами поверхность. Магнитная рябь стоит
в тесной связи с геологическим строением местности — и теперь весьма
часто к магнитным микросъемкам прибегают не только для того, чтобы
проникающим в недра земли „умственным оком", как любил выра¬
жаться Менделеев, обнаружить залежи железных руд, сильно
влияющих на магнитную стрелку, но и для разыскания залежей других
полезных ископаемых, которые лишь в слабой степени изменяют
распределение земного магнетизма (напр., каменной соли, боксита и даже
золота, во многих местах сопровождаемого магнитным железняком).
156

Мысль о необходимости магнитной съемки всего земного шара,
несмотря на свою столетнюю давность, все еще далека от осуще¬
ствления, так как пока засняты лишь почти все государства западной
Европы (за исключением Пиренейского и Балканского полуостровов),
почти вся северная Америка и Британская Индия, а остальные части
суши затронуты лишь отдельными магнитными маршрутами, во многих
местах очень удаленными друг от друга (сюда относится, к сожалению,
и азиатская часть территории нашего Союза). Но, так как 5/7 поверх¬
ности земного шара покрыты водою, то с точки зрения общих
сведений о распределении земного магнетизма еще важнее магнитные
съемки океанов. Для осуществления их, а также для изучения в маг¬
нитном отношении тех стран, „относительно обитателей которых нет
Рис. 6. Фотография молнии.
надежды, что они будут в состоянии произвести магнитную съемку
своими средствами", энергичные шаги предпринял Вашингтонский
Институт Карнэги, организовавший ряд, сухопутных экспедиций. На
океанах многочисленные магнитные съемки были произведены с борта
„немагнитных" судов — „Галилей11, а затем „Карнэги", которые не
заключали в себе железа (в особенности специально выстроенная яхта
„Карнэги") и являлись пловучими магнитными обсерваториями. Яхты
эти избороздили за 1905—24 все океаны и позволили на основании их
определений дать весьма полное общее представление о распределении
магнитных элементов на всем земном шаре.
3.	Атмосферное электричество.
В тесной связи с магнитными явлениями стоят всегда электрические,
так как всякое изменение магнитного поля вызывает электрические про¬
цессы, проявляющиеся нередко в так называемых индукционных токах,
157

и, наоборот, всякое изменение электрического состояния сопровождается
появлением магнитных сил.
О том. что электрические процессы имеют место в природе,
узнали лишь в XVIII веке по сходству между теми миниатюрными
искрами, какие умели тогда получать, и грандиозным явлением молний
(приведем для сравнения рисунок, представляющий репродукцию
фотографического снимка молнии, и рис. 9, снятый с гравюры
к „Biblia sacra" Шейхцера 1718 г.).
Мысль об электрической природе молнии и о возможности,
использовать свойства острий, на которых не может удерживаться
электрический заряд, для сведения электрического заряда облаков
на землю была высказана впервые Франклином, но встретила такое
недоверие и насмешки, что его мемуар не был напечатан в оффици¬
альном издании Лондонского Королевского Общества, где он его
прочел. Но Далибар, переведший книгу Франклина на французский
язык, попробовал установить длинный вертикальный изолированный
стержень с острием на верхнем конце, и в знаменательный день
10 марта 1752 из этого проводника было извлечено во время грозы
много искр. В июне того же года Франклин получил тот же результат
посредством запущенного в облака змея, а в августе следующего года
при повторении таких опытов был убит молнией петербургский ака¬
демик Рихман.
Так как электричество получалось приэтом не только во время
гроз, то эти годы можно считать эпохой возникновения одной из
интереснейших отраслей геофизики,—„учение об атмосферном электри¬
честве", в развитии которого можно отметить три периода.
Как указывает проф. Тверской в статье „Основные проблемы
учения об атмосферном электричестве" (в февральском номере „Метео¬
рологического вестника" за 1926): „Первый период длился от 1752 до
1860, когда лорд Кельвин положил теоретические основания изучению
электрического поля и сконструировал приборы, удобные для его
измерения: квадрантный электрометр и водяной коллектор; и если
первый можно назвать периодом изучения электричества облаков, воз¬
духа и земли, то второй следует назвать периодом изучения электриче¬
ского поля атмосферы. Он охватывает время до 1899 г., когда Эльстер
и Гейтель опубликовали свое исследование о присутствии ионов в атмо¬
сфере, с какового момента началось энергичное изучение нового
фактора, характеризующего электрические свойства атмосферы,—ее про¬
водимости. Установление факта проводимости атмосферы сразу заста¬
вило отказаться от всех тех многочисленных гипотез о происхождении
электрического поля в атмосфере, которые существовали к тому вре¬
мени, и положило начало совершенно новым представлениям о сущ¬
ности электрических процессов. Естественно, что в начале этого третьего
периода много сил было положено на выработку новых методов
исследования и на накопление материала, почему, конечно, многие из
предложенных в это время гипотез оказались при дальнейшем нако¬
плении наблюдательного материала не имеющими под собой оснований".
Теория ионов состоит в общем в следующем: всякий газ сам по себе
не способен воспринимать и передавать электрические заряды, если
молекулы его под действием невидимых лучей ультрафиолетовой части
спектра или каких-нибудь других воздействий не разлагаются на ча¬
стицы, называемые ионами; эти ионы входят в состав нейтральной
молекулы газов, являются носителями положительного и отрицатель¬
ного электричества, почему при ионизации газа положительные и отри¬
цательные ионы получаются в равном количестве. Ультрафиолетовые
лучи солнца попадают в атмосферу вместе со световыми и тепло¬
158

Рис. 7. Гроза и град в древнем Египте (с гравюры 1718 г.).

Рис. 8. Связь электрического поля земли,
изменчивости его и магнитного поля с чи¬
слом солнечных пятен (по Бауэру).
выми солнечными лучами, и под их влиянием воздух ионизируется.
Так как ультрафиолетовые лучи солнца заметно поглощаются воз¬
духом, то их действие сильнее в верхних слоях атмосферы, — и там
же должна наиболее интенсивно происходить ионизация воздуха. Это
согласуется с данными воздухоплавательных поднятий, установивших,
что количество ионов возрастает вместе с высотою.
В общем можно считать установленным, что наша атмосфера
представляет из себя электрическое поле, обусловленное, с одной сто¬
рону, отрицательным зарядом земли
и, с другой стороны, положитель¬
ным зарядом в атмосфере; напря¬
жение электрического поля в среднем
можно принять равным 150 вольт
на метр у земной поверхности, и
с высотою оно уменьшается, так как
уменьшается объемный положитель¬
ный заряд атмосферы, и на высоте
10 км оно составляет ничтожную
долю своего значения у земной по¬
верхности. Далее атмосфера обла¬
дает проводимостью, обусловленной
присутствием в ней ионов, образую¬
щихся под действием различного
рода излучений; величина этой про¬
водимости с высотой заметно растет.
На очень больших высотах
вследствие ничтожной плотности
воздуха движение ионов происходит
гораздо свободнее, чем в более низ¬
ких слоях, вследствие чего земной
шар является как бы окруженным
проводящей оболочкой, называемой
иногда „проводящим слоем Хиви¬
зайда”. Наличность этого слоя облег¬
чает распространение вокруг по¬
верхности земли радиоволн, которые
как бы отражаются от этого слоя.
На этих же больших высотах — от
50 до 300 - 400 км над земной по¬
верхностью—ионизация воздуха по¬
токами электронов, выбрасываемых
солнцем, сопровождается свечением
воздуха, которое и наблюдается в
виде полярных сияний.
Весьма вероятно, что этими потоками электронов поддерживается
отрицательный заряд земной поверхности, так как вследствие проводи¬
мости атмосферы и наличия электрического поля в ней возникает электри¬
ческий ток, так называемый ток проводимости, обусловленный тем, что
положительные заряды из атмосферы текут по направлению к отрица¬
тельно заряженной земной поверхности, а отрицательные заряды текут
в обратном направлении. В сумме они и дают общий вертикальный ток
проводимости, плотность которого можно принять равной 2.10 -16 ампера
на кв. сантиметр на всех высотах. Отсюда для всей земной поверхности
получается ток в 1 000 амперов, текущий из атмосферы в землю.
Подсчеты показали, что этот поток положительных зарядов из
атмосферы, непрерывно попадающий на земную поверхность, весьма
160

быстро уничтожил бы ее отрицательный заряд, а именно через 10 минут
последний упал бы до 1/10 начальной величины. Поэтому возникает
естественный вопрос, какие же силы поддерживают этот непрерывный
поток и вместе с тем отрицательный заряд земли. Это и есть тот
основной вопрос, ответ на который должна дать теория и вполне
ясного и определенного ответа на который пока она еще не дала.
Электрическое поле атмосферы гораздо переменчивее и капризнее
магнитного, так как его величина в данной точке, зависит зачастую от
проходящих вблизи и заряженных электричеством обыкновенных види¬
мых облаков или же подобных им, но невидимых глазу. Иногда напря¬
жение поля достигает такой величины, что вызываемый им ток про¬
водимости с высоких и остроконечных предметов — деревьев, мачт,
колоколен и т. д. — сопровождается свечением воздуха, носящим назва¬
ние огней святого Эльма.
Переменчивость электрического поля стоит в тесной связи с сол¬
нечной деятельностью, как это можно видеть из рис. 8.
Электрическое поле атмосферы всегда налицо, но резкие проявле¬
ния его получаются лишь тогда, когда напряжение его достигает
чрезвычайно больших величин, вызывающих мгновенные соединения
больших масс положительных и отрицательных ионов — молнии.
Молнии образуются в кучевых облаках или так называемых гро¬
зовых тучах серовато-синего цвета с зазубренными краями; эти облака
заряжены то положительным, то отрицательным электричеством, и когда
сила притяжения между разноименными зарядами побеждает сопроти¬
вление воздуха, то между грозовыми тучами или между тучей и землей
происходит электрический разряд в виде искры, называемый молнией.
Молния имеет различную форму — искрообразную (см. рис. 8), плоско¬
стную, сетчатую (в виде ряда светлых точек), шарообразную. Из них
шарообразная наиболее загадочна: она имеет вид светящейся, медленно
передвигающейся массы, величиною с человеческую голову, и исчезает
иногда постепенно, чаще же с сильным взрывом. Наблюдающиеся за¬
частую зарницы представляют освещение высоких облаков молниями
далеких гроз, происходящими часто далеко за горизонтом.
Так как ничтожная продолжительность молниевого разряда соеди¬
няется с громадным электрическим напряжением, то механические резуль¬
таты удара молнии могут достигать страшных размеров. Все выдающиеся
над поверхностью предметы, особенно металлические и влажные, под¬
вергаются наибольшей опасности. Для защиты зданий от грозовых
ударов употребляется громоотвод, изобретенный Вениамином Фран¬
клином (правильнее было бы называть его не этим именем, аналогич¬
ным французскому parotonnerre названию, а молниеотводом,
что являлось бы аналогичным немецкому слову Blitzableoter).
Хороший громоотвод, действием своих острий, должен пред¬
отвратить электрический разряд между тучей и зданием, и лишь
в крайнем случае, если разряд все-таки наступает, безопасно отвести его
в землю. К сожалению, применение громоотводов очень ограничено,
особенно в деревнях, и статистика показывает прогрессивное возра¬
стание ударов молнии. Значительно также и число людей, убиваемых
молнией: в Германии, напр., 5 смертей от поражения молнией прихо¬
дится на 1000000 человек. Физиологическое действие грозы, вообще го¬
воря, довольно значительно, чем и объясняется нервный страх животных
и некоторых людей во время грозы. Молния способна превращать
также и железные предметы в магниты, приводить в действие теле¬
графные электромагниты, препятствовать телефонному сообщению.
Молния всегда сопровождается громом — звуком, передача кото¬
рого обусловливается существованием материальной среды — атмосферы:
1)
16’

без нее он не достигал бы нашего органа слуха. Скорость звука в воз¬
духе при 0° равна всего 1/3 километра в секунду и увеличивается
с возрастанием температуры и плотности среды. Пробегающая по воз¬
духу молния сотрясает его и производит гром, который мы слышим
несколько позже, чем видим молнию, так как скорость света несрав¬
ненно больше скорости звука. Промежуток времени между явлениями
молнии и грома, выраженный в секундах и деленный на 3, дает рас¬
стояние грозы от данного пункта в километрах.
Рис. 9. Фотография радуги.
4.	Приливы и отливы.
Моря и океаны, покрывающие 5/7 поверхности земли, давно уже
находятся в равновесии с материками и островами, и периодических
наводнений, которые имели место в древние геологические эпохи, те¬
перь более нет. Однако, вся масса морской воды совершает правиль¬
ные колебания, обнаруживающиеся в повышениях и понижениях мор¬
ского уровня. Эти колебания называют приливами и отливами.
Приливы и отливы регулярно повторяются, изо дня в день, дважды
в сутки, причем прилив следует за отливом через 6 час., затем снова
наступает отлив, далее опять прилив и т. д. Ежедневно соответствую¬
щий прилив или отлив запаздывает примерно на 50 мин.; высота их
также значительно меняется в течение месяца. Через каждые две не¬
дели разница между высотами прилива и отлива достигает максимума
(большой прилив); за 8 дней до и через 8 дней после большого
прилива наблюдается минимум разницы, так называемый „нип“ приливов
(„пеар" — по-английски— низкий).
162

Закономерность этих ритмических колебаний морского уровня,
зависящих единственно от места и времени, так велика, что наступле¬
ние их можно вычислить для каждого пункта с точностью, почти
астрономическою, на несколько лет вперед. Естественно, эта законо¬
мерность предполагает и правильные, постоянно действующие причины,
что понимали выдающиеся люди древнего мира уже 2000 лет назад
(Страбон, Юлий Цезарь, Плиний). Эмпирические законы приливов
и отливов были исследованы в XVI и XVII столетиях, а в 1687 г. Нью¬
тон дал математическую теорию зависимости между этими явлениями
и движением солнца и луны, — теорию, позже развитую Даниилом
Бернулли и Лапласом.
Как же действует притяжение луны и солнца на водные бассейны
земли? Для упрощения вопроса допустим, что земля покрыта сплошным,
одинаково глубоким слоем воды, и что небесные светила, притягиваю¬
щие воду, двигаются в плоскости земного экватора. Прилагаемый
рисунок разъясняет дело. Слева земля в разрезе; границы ее составляет
круг NHSB с центром С. Вправо на большом расстоянии от земли
Рис. 10. Влияние небесных тел на воды земли.
находится небольшое светило М, лежащее в плоскости ее экватора.
С возрастанием расстояния ослабевает притяжение; поэтому светило М
слабее притягивает более отдаленный от него центр земли С, чем
точку Н, и еще слабее отстоящую дальше точку В. Следовательно,
вода земли должна по направлению к светилу подниматься тем выше,
чем она к нему ближе; поэтому при Н уровень воды повышается до
точки D. Для противоположной стороны имеются иные условия: центр С
притягивается светилом М сильнее, чем дальше отстоящая точка В,
т. е. земля как бы втягивается по направлению к светилу по линии ВС,
и вода в Е должна бы понижаться, если бы сюда не притекали новые
массы ее из S и N, заполняющие освобождающееся пространство.
В Н и В, т. е. в двух противоположных точках земли, океан образует
как бы водяные горы „прилива", тогда как с двух сторон N и S вода
будет отливать, способствовать образованию приливной волны в Е и D.
В N и S морской уровень низкий — наблюдается отлив.
Кроме того,- чем далее отстоит предмет от центра земли, тем он
легче. Скопившаяся в Е и D вода, следовательно, стала легче, чем была
раньше при нормальном от C расстоянии, и для восстановления преж¬
него веса из N и S притекают новые массы.
Так как эти различия в притяжении могут быть заметными только при
известном соотношении между расстоянием светила и земным диаметром,
то лишь луна и солнце, отдаленные от нас в среднем на 30 и 11 650
земных диаметров, могут вызывать эти явления.
11* 163

Если мы к двум сделанным нами предположениям (1-е, что вся
земля покрыта сплошным океаном, 2-е, что возмущающие последний
небесные тела лежат в плоскости экватора) прибавим третье, также не
отвечающее действительности, что массы воды подчиняются притяже¬
нию луны и солнца моментально, то при вращении земли с запада на
восток приливные пучности всегда должны сохранять свое относитель¬
ное положение к возмущающему их телу. Поэтому в продолжение суток
каждая точка земной поверхности подвергается дважды (через каждые
12 час.) приливу и соответственно дважды — отливу (приблизительно
через 6 часов после каждого прилива). На экваторе земли, где притя¬
жение светила проявляется сильнее, приливы должны были бы достигать
максимума, на полюсах минимума. Приливы должны передвигаться
с востока к западу, и наивысшая волна должна быть обращена всегда
к возмущающему ее светилу, т. е. должна лежать в северо-южном на¬
правлении; наиболее низкий уровень волны должен лежать к востоку и
западу ог этого светила.
Рис. 11. Происхождение большого прилива вследствие соединенного притяжения
.	луны и солнца.
Теоретические вычисления дали для максимума прилива, вызы¬
ваемого солнцем, величину в 44 см, а для лунного — 97 еж, так что'
лунный прилив в 2,2 раза больше солнечного.
Поэтому явления приливов зависят, прежде всего, от луны;
солнце только усиливает или смягчает их резкость. При стоянии солнца
и луны на одном меридиане (новолуние и полнолуние) вершины и осно¬
вания приливных волн совпадают, — приливы и отливы усиливаются
(это явление носит в астрономии название сизигия); напротив, если
солнце и луна отстоят друг от друга на 90°, притяжение их взаимно
парализуется, вершина одной приливной волны совпадает с основанием
другой, — наступают так называемые „малые приливы” (рис. 12).
Волна, образуемая сочетанием солнечного и лунного прилива (си¬
зигий), ничуть не отстает от обыкновенной лунной приливной волны.
Через день после сизигия она от солнечной запаздывает уже на 50 ми¬
нут, так как за сутки луна уходит по своему пути вокруг земли на
13,5° = 50 мин. времени. Через четыре дня это запаздывание равно
3 часам; оно все усиливается, достигает максимума, равного 9 час,
и затем снова убывает, сообразно с фазами луны.
Выведенные нами теоретические ускорения основываются на трех
вышеупомянутых предположениях, не соответствующих действитель¬

ности. Мы увидим далее, что, благодаря своеобразной форме земной
поверхности, промежуток времени между прохождением луны через
местный меридиан и поднятием морского уровня может быть устано¬
влен лишь на основании специальных наблюдений. Для этой цели вы¬
числяют так называемый прикладной час, определяющий разность между
временем прохождения луны через меридиан и временем полной воды
при большом приливе. Эти прикладные часы, весьма важные для мо¬
ряков, так как они указывают время прилива в порт, различны для
разных местностей, но постоянны для одного и того же пункта — напр.,
для Гамбурга прикладной портовый час равен 5,1 часам; для Гельго¬
ланда—11,0; для Лондона — 2,7; для Шербурга — 7,8; для Бреста — 3,7;
для Кадикса —1,2; для Лиссабона — 4,0.
Несмотря на значительную разницу вдоль берега прикладной
час для данного порта остается неизменным, что установлено много¬
летними наблюдениями, поэтому он обыкновенно отмечается на картах
и указывается в соответствующих справочниках.
Высота и время приливов,
как было уже сказано, изменяются
в зависимости от места и поло¬
жения солнца и луны на небесном
своде; эти колебания еще более
увеличиваются вследствие того,
что в действительности океан не
покрывает сплошь земного шара
и что ни луна ни солнце не на¬
ходятся в плоскости земного эква¬
тора. Все эти и некоторые другие
условия вызывают несколько бо¬
лее или менее резких периодов,
различающихся высотой прилив¬
ной волны. Существуют „полу¬
месячные неравенства" (их харак¬
терные явления повторяются при¬
мерно через каждые две недели),
„суточные неравенства" (явления
повторяются в течение суток), „эллиптические неравенства" (зависящие
от относительного положения земли на своей орбите) и проч. Все эти
неравенства, поскольку они обусловлены луной (которой в этих явлениях
принадлежит преобладающая роль), повторяются почти в том же виде
через каждые 19 лет, этот 19-летний период называется в астрономии
Метоновым циклом.
Период солнечных приливов длится приблизительно 21 000 лет,
время, по истечении которого солнечный перигелий (наименьшее расстоя¬
ние земли от солнца) приходится на тот же день года. Высота максималь¬
ных лунных приливов колеблется соответственно расстоянию луны от
земли в пределах от 46,5 см до 64,7 см; максимальные солнечные при¬
ливы варьируют от 23,4 до 25,9 см, смотря по расстоянию земли от
солнца.
Надо признаться, что такое описание явлений приливов и отливов,
опирающееся на Ньютоновский закон всемирного тяготения, недоста¬
точно для полного объяснения действительной картины этих явлений.
Все вышеизложенное основывалось на простых, не соответствующих
действительности предположениях, что землю равномерно покрывает
сплошной океан, что воды его способны из нормального положения
равновесия переходить в любое другое без всякого трения и без инерции,
но все же в общих чертах наблюдаемые явления соответствуют такой
Рис. 12. Происхождение малого прилива.

упрощенной теории, для исправления и улучшения которой весьма
важно накопление точных наблюдений над приливами и отливами.
Наиболее резко приливная волна выражена в открытом океане,
особенно в восточной части Тихого океана, где глубина его доходит
почти до 9 000 м и где море простирается сплошь между Ванкувером
и южнополярными странами почти на половину земного меридиана.
Здесь приливная волна очень плоска и захватывает по длине, примерно,
1/4 окружности земли. Сила, производящая прилив, действует до дна
океана, наибольшая глубина которого — 9 км. Приэтом вертикальное
движение морских частиц гораздо больше горизонтального: при глу¬
бине океана в 9000 м и высоте приливной волны в 1 м горизонталь¬
ное перемещение частиц всего 900 м в 6 часов.
У берегов, когда вода входит в мелкие места — бухты, устья рек
и проч.,—дело меняется. Горизонтальное движение значительно возра¬
стает, образуются сильные течения, и все явление изменяет свой ха¬
рактер— получается и запаздывание полных и малых вод („прикладной
час“) и отличия высоты прилива от теоретической, как это видно из
следующей таблицы:
Местность.	Высота прилива.
Гавайские острова . . ... . ........... . 0,3 метра.
О-в Св. Елены 	1,0
Азорские острова	2,0
Брест	5,8
Диепп	............... 8,2
Джерсей 	9,6
С.-Мало . .	 11,0
Остенде	5,2
Местность.	Высота прилива.
О-в Уайт	3,8 метра.
Христчерч 	1,5
Брайтон 	6,0
Ливерпуль	8,4
Нью-Порт		11,6
Шотландские о-ва 	2,0
Лондон	6,3
Калэ	5,9
Особенно сильны приливы там, где с двух сторон встречаются две
приливных волны, напр., в Ирландском море (северной и западной
части Атлантического океана), в Магеллановом проливе (Тихий и Атлан¬
тический океаны). Тут образуются приливы громадной высоты, дости¬
гающие, напр., в заливе Фунди (Англия) 20 м и более.
При вступлении приливной волны в речные устья или узкие мор¬
ские проливы образуются приливные и отливные течения. Мелководие
и узкое ложе реки, сопротивление речного течения обусловливает
иногда громадную высоту и силу приливной волны. Около устья, напр.,
Амазонки во время больших приливов наблюдаются скачкообразные
волны, так называемые „поророка", идущие более чем на 300 км вверх по
течению. Гигантская волна высотою почти в 5 м быстро и шумно не¬
сется по реке наподобие стены по всей ширине реки, уничтожая
встречные препятствия. То же наблюдается в китайской реке Тзин-Танг,
в европейских Эльбе и Везере и во многих других реках.
Сильные и опасные приливы образуются не только у устьев рек,
йо и вообще у материков, между островами и в узких проливах. Более
известные течения этого рода находятся у оконечности Южной Америки
в Магеллановом проливе, у Лофотенских островов в Норвегии и в Мес¬
синском проливе между Сицилией и Калабрией (эти именно течения
и были в древности известны под названием Сциллы и Харибды).
Раньше полагали, что приливы образуются лишь в обширных
океанах, каковы, напр., Южный или Тихий, откуда и передаются в другие
моря. Точнейшие определения выяснили теперь, что все, даже неболь¬
шие внутренние моря (Средиземное, Балтийское) обладают собствен¬
ными приливами и отливами, образующимися под влиянием притяже¬
ния луны и солнца: мало того, большие озера — напр., Мичиган в Сев.
Америке, Байкал в Сибири — обладают своими приливами и отливами.
166

В Средиземном море высота приливов колеблется между 0,2 м (Мальта)
и 0,9 м (Триест); в Балтийском море приливы весьма незначительны:
у Мемеля, напр., удалось помощью особых приборов и обработки
многочисленных наблюдений констатировать поднятие морского уровня
всего на 5 мм. На Мичигане прилив близ Чикаго равен 7 см, у
Мильвокэ он не выше 3 см.
Точные наблюдения над высотою приливов и временем их насту¬
пления могут производиться только по морскому берегу и у островов,
но не в открытом океане. Следовательно, мы знакомимся исключительно
с приливными волнами, измененными местными особенностями, а не
с действительным их ходом, тем более, что в происхождении их при¬
нимают участие не только космические силы и местные возмущения,
но и метеорологические явления, как ветер, атмосферное давление,
дожди. Исследования обнаружили, напр., существование для Черного
и Балтийского морей годовых метеорологических приливов и отливов,
высота которых достигает 10 см и смена которых стоит в зависимости
от летних дождей и весеннего снега.
Отсюда ясно, что самая совершенная теория приливов, носящая
название „гармонического анализа" и разработанная Томсоном, Дарви¬
ном, Бергеном и рядом других выдающихся исследователей, должна
считаться не с одними простыми космическими явлениями, но и
с более сложными, т. е. чисто геофизическими явлениями. Укажем
в этом отношении два весьма интересных вопроса, тесно связанных
с вопросом о составе и движении земли.
В конце прошлого столетия было найдено, что вращение земли
с запада на восток отклоняет ход приливных волн совершенно так же,
как и морские течения. Все движения, происходящие на земной по¬
верхности в горизонтальном или тангенциальном направлениях, отклоня¬
ются вращением земли на величину, возрастающую от экватора к по¬
люсам, и, так как это вращение происходит с запада на восток, то оно
действует вправо (к востоку) в северном и влево (к востоку же) в южном
полушариях. Особенно резко обнаруживается возмущающее влияние
вращения земли на приливах в широких и глубоких каналах, где они
различно проявляются на одном и другом береге. В Немецком море
и Ла-Манше приливы действительно, различаются по своей величине
на обоих берегах, что делает несомненным влияние на приливы вра¬
щения земли.
Второй вопрос, к которому привело более подробное изучение
приливов, касается строения земли. Раньше ученые, предлагавшие раз¬
личные теории приливов, считали земной шар совершенно твердым,
безразлично относящимся к притяжению луны и солнца, но теперь из¬
вестно, что наблюдаемые в действительности приливы лишь различно
деформируют гидросферу и литосферу нашей планеты. Будь земля
телом пластичным, вполне подверженным деформирующему влиянию
притяжения, приливы и отливы не были бы наблюдаемы совершенно,
так как твердая кора равномерно опускалась и поднималась вместе
с гидросферой. При абсолютной твердости земли приливо-отливные
явления, наблюдаемые в действительности, должны были бы отвечать
теоретически вычисленным для гидросферы. Сравнение наиболее точных
теоретических данных с самыми совершенными наблюдениями лунных
приливов, освобожденных от метеорологических влияний, показывает,
что действительная высота приливной волны равна, примерно, 2/3 вы¬
численной теоретически (принимая литосферу абсолютно твердой).
Из этого численного отношения теория позволяет сделать вывод, что
земной шар должен обладать твердостью, приблизительно такой, какою
обладает сталь.
167

Из сказанного следует, что записи колебаний уровня воды имеют не
одно практическое значение для мореходства, но являются единственным
основанием для суждения о законах, управляющих приливами, законах,
крайне загадочных еще и доселе.
Еще сто-полтораста лет назад для практических целей было вполне
достаточно определения высоты одного лишь прилива. В наше время
этим уже не довольствуются: наступила необходимость постоянного
наблюдения за малейшими колебаниями уровня моря, что и достигается
посредством более или менее сложных самопишущих приливоизмери¬
тельных аппаратов (так называемых мареографов).
Такие самопишущие приборы отмечают даже самые незначитель¬
ные перемещения поплавка, свободно движущегося в широкой вертикаль¬
ной трубе (соединенной нижней частью с морем) на движущейся раз¬
графленной бумажной ленте. Кривые приливов, наносимые мареогра¬
фами, наглядно показывают все особенности действительного хода
приливо-отливных явлений. Только имея в руках значительное коли¬
чество таких кривых, возможно предсказать явления прилива в данном
пункте. Теоретические вычисления приливов и отливов, не зависимые
от наблюдений, невозможны еще и до сих пор, и в этом отношении
астрономия далеко оставила за собой учение о приливо-отливных явле¬
ниях. При этом сравнении нужно, разумеется, не упускать из виду того
обстоятельства, что влияние географических и метеорологических фак¬
торов делает этот вопрос несравненно более сложным, чем какую-либо
астрономическую задачу, так как в последних мы наблюдаем все дви¬
жения светил на огромном расстоянии и притом свободными от дей¬
ствия возмущающих местных причин.
Будем верить, что в будущем история учения о приливо-отливных
явлениях будет гордиться такими же успехами, как и астрономия. Теперь,
однако, почти через 340 лет после того, как великий мыслитель Ньютон,
руководясь одними математическими соображениями, установил причин¬
ную связь между морскими приливами и движениями луны и солнца,
наши успехи в этой отрасли геофизической науки можно сравнить с
пестрыми камешками и блестящими раковинками, найденными на мор¬
ском берегу, тогда как почти еще неисследованный океан истины ухо¬
дит от наших взоров в безбрежную даль.

II. Из истории изучения земного шара.
5.	Воздушная оболочка земли.
Предзнапие погод коль нужно п полезно на земле ведает больше
земледелец, которому во время сеяния и жатвы вадро, во время ра¬
щения дождь благорастворенный теплотою надобен; на море знает
плаватель, которому коль бы великое благополучие было, когда б он
всегда указать мог на ту сторону, с которой долговременные потянут
ветры или внезапная ударит буря. Все сие по истинной теории ничем
другим, как частыми и верными... наблюдениями и записками перемен
воздуха утверждено и в порядок приведено быть должно. А особливо,
когда бы в разных частях света, в разных государствах... учредили
самопишущие метеорологические обсерватории.
Ломоносов (1759).
Предсказание изменений, которые должны произойти с погодой...
требует большей ответственности и внимания весьма осведомленного
физика.?. Почти всегда возможно за один или два дня предвидеть со
значительною вероятностью погоду, какая должна наступить. Думают
даже, что не было бы невозможным издавать каждый день журнал
предсказаний, который был бы весьма полезным обществу.
Лавуазье (1780).
Сходство между движениями и течениями гидро- и атмосферы
замечается во многом. Последнюю можно рассматривать, как громад¬
ный воздушный океан, дно которого составляет поверхность земли;
глубина и объем, занимаемый им несравненно больше, чем у водного
океана, плотность же значительно меньше. Слой воды, покрывающий
всю землю и имеющий вес земной атмосферы, представлял бы мелкое
море в 10 м глубины, тогда как средняя глубина наших океанов пре¬
вышает 2 000 м.
Атмосферными явлениями человечество начало интересоваться
издавна, но первые крупные успехи в этой области принадлежат
XVI-му столетию. Особенно пристальным изучением климатологии
и метеорологии занялись ученые прошлого века, причем выдающиеся
услуги новой отрасли знания оказали А. Гумбольдт, Кемц, Дове, Мон,
ф.-Бецольд, Ганн, Шпрунг, Гельман и Ван-Беббер. Так создалась самая
молодая ветвь естествознания — метеорология. После того, как стали
сопоставлять одновременные метеорологические наблюдения над давле¬
нием атмосферы, температурою, направлением и силою ветра в раз¬
личных пунктах земного шара, получила особенно сильное развитие
отрасль метеорологии — синоптическая метеорология, а быстрое соби¬
рание этих сведений по телеграфу (за последние годы — по беспро¬
волочному) позволило подвести научное основание наиболее важному
для практической жизни вопросу метеорологии — предсказанию погоды.
В настоящее время мы очень далеки еще от знания всех причин,
управляющих, повидимому, изменчивой и капризной игрой погоды.
Принимая однако во внимание успехи метеорологии, сделанные ею
за последние 50-70 лет, можно надеяться, что и в этой области
будут найдены законы, объясняющие не одни лишь постоянные явле¬
ния погоды, как об этом мечтал Ломоносов, но и все неправильности
в ее ходе, позволяющие предвидеть последние, как об этом мечтал
Лавуазье.
Познакомимся сначала с формой, высотою и составом воздушной
оболочки и ее главнейшими физическими свойствами.
В общем, земля имеет вид эллипсоида вращения, образованного
вращением эллипса вокруг его малой оси. Подобной формой должна
обладать и атмосфера, окружающая твердые и жидкие части земного
шара. Нижнюю ее границу образует земная верхняя граница литосферы
и гидросферы, что же касается верхней границы, то вопрос о ней
является весьма неопределенным, так как те крайне разреженные газы.
169

которые составляют самые верхние слои атмосферы и все же прини¬
мают участие в движении земного шара вокруг солнца, чрезвычайно
постепенно „сходят на нет" — и можно с научной точки зрения гово¬
рить лишь о тех пределах, в которых их присутствие чем либо обна¬
руживается.
Непосредственному исследованию человека доступна лишь тро¬
посфера, как называется по предложению Тессерен-де-Бора нижний
слой атмосферы до 10-12 км над уровнем моря. В этом слое,
в котором сосредоточено 3/4 всей массы атмосферы, наблюдается
падение температуры по мере поднятия вверх, в нем происходят пере¬
мещения воздуха вверх и вниз и в нем — в различных „этажах“ его—
образуются облака различных типов; в нем разыгрываются те про¬
цессы, которыми определяется „погода"; в нем происходит тот мощный
обмен воздухом между экватором и полярными областями, который
называется „общей циркуляцией атмосферы".
Иными условиями характеризуется следующий слой — страто¬
сфера по Тессерен-де-Бору. В этой „слоистой" сфере, простирающейся
до высоты в 70-80 км, царит сравнительный покой: слои воздуха
почти не перемешиваются друг с другом, в общей циркуляции атмо¬
сферы участия не принимают, имеют, приблизительно одинаковую
температуру около — 55° Ц (мы будем выражать все температуры
в градусах Цельсия). В стратосферу — и то в нижнюю часть ее — чело¬
век проникает лишь при помощи „баллонов - зондов" — небольших
воздушных шаров, несущих на себе метеорологические самозаписы¬
вающие приборы и лопающихся наверху от избытка давления напол¬
няющего их водорода. Но стратосфера дает себя знать и явлениями
зорь и тем сопротивлением, которое она, несмотря на крайне малую
плотность, оказывает движению метеоритов, накаляющихся от сгуще¬
ния тех частей стратосферы, которые, попадаются им на пути,—
и наиболее низкими занавескоподобными полярными сияниями.
Но те же формы полярных сияний происходят и в более высоких
частях атмосферы до 200-250 км, а высота однородных дуг доходит
по измерениям и до 400-500 км, так что можно с несомненностью
утверждать, что стратосферой не кончается атмосфера. Это видно
и из того, что высота „светящихся облаков", которые наблюдались
и в ночное время, напр., в течение 1—2 лет после извержения вулкана
Кракотао в 1889, достигает 90-100 км, и из того, что „падающие
звезды" загораются на высотах в 150-200 км, и из того, что крайне
слабый голубоватый оттенок неба на краю „тени земли", наблюдаемой
иногда очень отчетливо в хорошую погоду чрез полчаса-час после
захода солнца, соответствует высотам тоже в 150-250 км.
Но вопрос о том, что находится в этом третьем слое, является
в настоящее время лишь обширным полем для разнообразнейших
догадок. В нижних частях этого слоя должно быть сравнительно зна¬
чительное количество водорода, частицы которого, как более легкого
газа, обладают большими скоростями, чем частицы кислорода и азота,
и могут поэтому залетать, несмотря на притяжение земным шаром,
выше последних. Границей водородного слоя, напр., Вегенер считает
250 км, а выше помещает гипотетический газ „геокорониум", тогда как,
напр., Вегард считает, что там находится преимущественно мельчайшая
пыль твердого азота, как это можно заключить по сходству спектра
полярных сияний со спектром электрического разряда чрез пустотную
трубку со следами азота при температурах ниже температуры его
затвердевания...
Гораздо точнее, чем высота атмосферы, известен ее состав. Воздух
представляет не химическое соединение газов, а механическую смесь их;
170

он состоит из азота, кислорода, аргона, углекислоты, озона, аммиака,
сероводорода, водорода и водяных паров. Если исключить водяные пары,
крайне непостоянные в воздухе по количеству, смотря по обстоятель¬
ствам, и встречающиеся в атмосфере то в твердом, то в жидком, то
в газообразном виде, остальные газы воздуха постоянны, входят в со¬
став его в строго определенном количестве и в метеорологических
явлениях занимают второстепенное место (если не считать их химиче¬
ского и биологического значения). Состав воздуха до высоты 6000 м
при нормальных условиях определяется следующими объемными отно¬
шениями: азот — 78,04%, кислород — 20,99%, аргон — 0,93%, углеки¬
слота— 0,03%, водород — 0,015%. Лишь на высоте 20 км состав воздуха
начинает меняться сообразно с плотностями различных газов, как уже
упоминалось относительно водорода. На больших высотах процентное
содержание углекислоты, аргона и кислорода должно убывать, содер¬
жание же азота возрастать. О распределении водяного пара с высотой
будет речь дальше.
Кроме упомянутых газов, в состав воздуха входят еще частицы
пыли, состоящие из мельчайшего песка и пепла, продуктов сгорания
микроскопических организмов и из космических пылинок метеорического
происхождения. Обусловленная примесью этих мельчайших телец
некоторая непрозрачность воздуха уменьшается с высотой и быстро
увеличивается в плотно заселенных местностях. Исследования воздуха
в этом отношении привели к чрезвычайно неожиданным результатам:
так, оказалось, что 1 куб. см воздуха в небольшом городе после дождя
содержит 32 000 пылинок, в сухую же погоду—130 000; в комнате,
освещенной двумя газовыми лампами, на 1 куб. см на половине ее
высоты приходилось 2 миллиона, тогда как под потолком 5 миллионов
пылинок. В воздухе больших городов содержание пылинок колеблется
от 250 000 до 500 000 на 1 куб. см: на высоких горах и над океаном
содержание пылинок в воздухе весьма незначительно, доходя иногда
до нескольких сот и даже десятков на 1 куб. см.
Воздух сам по себе невиден, но его присутствие обнаруживается
многими оптическими явлениями, которые вызывает его присутствие.
Наиболее характерным свойством воздуха в этом отношении
является рассеяние им света, благодаря чему мы видим все предметы,
а не только те, которые освещены непосредственным солнечным светом.
Но и сам небесный свод не представляется нам черным, неви¬
димым; в разное время дня мы наблюдаем его часто различно окра¬
шенным. Раньше полагали, что голубая окраска неба объясняется
способностью твердых частиц, носящихся в нем, отражать и рассеивать
синий цвет, но теперь, на основании как теории, так и опытов, известно,
что этою способностью обладают молекулы воздуха, самого по себе
бесцветного. Если атмосфера содержит много воды или пылинок, небо
становится беловатым при высоком стоянии солнца; напротив, при
низком положении солнца насыщенный водой или пылью воздух отра¬
жает преимущественно красные лучи, чем и объясняются прелестные
утренние и вечерние зори, предупреждающие грандиозное явление
сумерок или следующие за ним.
При отсутствии атмосферы на земле переходы от дня к ночи и
обратно совершались бы внезапно. Свет солнца, находящегося под
горизонтом, отражаясь от верхних слоев атмосферы, освещает неко¬
торое время места, уже лишенные прямых солнечных лучей: продол¬
жительность сумерек обусловлена географической широтой местности,
временем года; интенсивность их — состоянием атмосферы — облач¬
ностью, влажностью и проч. В тропиках, где путь солнца почти пер¬
пендикулярен к горизонту, сумерек почти нет; в полярных странах,
171

где видимая орбита солнца очень наклонена к горизонту, сумерки
отличаются значительной длительностью.
Лучи, исходящие от небесного тела, прежде чем достигнуть
нашего глаза, проходят через слои воздуха, постепенно все более и
более плотные; благодаря их преломлению в этих слоях, высота светил
над горизонтом кажется более действительной. Это преломление лучей
равно нулю в зените, когда они падают отвесно на наблюдателя, и
достигает максимума, несколько превышающего 0,5°, когда светило
находится вблизи горизонта. Солнечный диаметр несколько более по¬
луградуса, поэтому кажущееся поднятие солнца удлиняет день, при¬
близительно, на 4 минуты в местностях, лежащих ниже 50° географи¬
ческой широты, тогда как в полярных областях солнце светит целыми
неделями, находясь в действительности давно уже под горизонтом.
Рис. 13. Фата-моргана в африканской пустыне.
Кроме только что упомянутого астрономического лучепреломления,
существует еще так называемая земная рефракция, обусловлен¬
ная преломлением в окружающих слоях воздуха лучей, исходящих от
земных предметов. Это лучепреломление, которое необходимо прини¬
мать в соображение при точных измерениях разностей высот и съемке
карт, подчинено тем же законам, как и астрономическая рефракция.
От различия преломления лучей, идущих от земных предметов,
в движущихся частях воздуха, имеющих различную температуру, зави¬
сит так называемое „реяние" изображений, особенно резко проявляю¬
щееся во время сильного нагревания поверхности почвы солнечными
лучами. Того же характера в значительной мере и явление мерцания
звезд, заметное иногда невооруженным глазом и препятствующее зача¬
стую астрономическим наблюдениям.
Интересны оптические явления другого рода, так называемые
миражи и марево (fatamorgana) (рис. 13), происходящие вследствие
ненормального лучепреломления и отражения световых лучей в слоях
воздуха с различной плотностью, находящихся непосредственно над
172

землей. Так, иногда в море наблюдается ненормальное поднятие гори¬
зонта; благодаря лучепреломлению приподнимаются изображения пред¬
метов, лежащие вне поля зрения — берега, суда, которые, отражаясь
в воздухе, становятся видимыми в опрокинутом положении и кажутся
точно висящими в воздухе. Иной раз наблюдается даже два изобра¬
жения, из которых одно прямое, другое опрокинутое.
В тропических пустынях миражи дают часто обманчивые картины
водных бассейнов, изображения отдаленных предметов, исчезающих
при приближении. Так, в конце XVIII века, во время египетского по¬
хода, войска Наполеона зачастую вводились в обман миражами, когда,
обезсилев от маршировок, порывались утолить жажду из видневшихся
поблизости источников, но
находили при приближении
только раскаленный песок
пустыни. Великий математик
Монж, бывший с Наполео¬
ном, уже тогда верно истол¬
ковал это явление. Миражи
образуются в том случае,
когда вследствие накален¬
ности почвы, плотность воз¬
душных слоев вместо того,
чтобы возрастать по напра¬
влению к земле, убывает, так
что падающие на них от даль¬
них предметов лучи прело¬
мляются обратно и вверх;
другое необходимое условие,
это — отражение в воздуш¬
ных слоях голубого неба,
напоминающего водную по¬
верхность.
К таким же оптическим
обманам принадлежат так на¬
зываемые „Брокенские приз¬
раки" (рис. 14). Это—соб¬
ственная тень наблюдателя,
проектирующаяся на экране
тумана; громадные размеры
призраков обусловливаются оптическим обманом, вызываемым воз¬
душной перспективой.
Те же явления наблюдаются и при полетах на воздушных шарах,
и на дирижаблях, и на аэропланах, — и, если в общих чертах их можно
считать тенями человека, воздушного шара и т. д., то более точная
теория их получается лишь из рассмотрения физического явления диф¬
фракции, вызываемой в данном случае наличностью мельчайших ка¬
пелек воды или ледяных кристалликов и заключающего в заворачи¬
вании световых лучей внутрь геометрической тени предметов, в
огибании световыми волнами попадающихся им на пути препятствий.
Сколько-нибудь подробное и вразумительное рассмотрение теории
диффракционных явлений в атмосфере, вызываемых капельками воды и
ледяными кристалликами, потребовало бы столько места, сколько зани¬
мает вся настоящая книжка, — а потому мы ограничимся указанием, что
этой теорией объясняется значительно лучше, чем прежними теориями
преломления света в капельках воды, явление радуги (рис. 9) и явление
колец вокруг солнца и луны и ложных солнц (рис. 15, предста¬
вляющий, как и предыдущий, фотографический снимок явления).
Рис. 14. "Брокенский призрак" в горах Кавказа.

Рис. 15. Фотография колец вокруг Солнца.
6.	Климат земного шара.
Гораздо значительнее и важнее для жизни человечества, чем
оптические явления, зависящие от наличности воздуха и носящихся
в нем примесей, те термические влияния, какие вызывает неполная
прозрачность воздуха для солнечных лучей — в особенности для лучей
инфракрасной части спектра.
Чем плотнее и чем более насыщена атмосфера парами, чем на¬
клоннее по отношению к горизонту солнечные лучи, тем сильнее
поглощательная способность атмосферы; в среднем она задерживает
половину количества тепла, которое досталось бы земле, не будь над
ней воздушной оболочки. Но, с другой стороны, атмосфера, действуя
наподобие парниковой стеклянной крышки, защищает земную поверх¬
ность от лучеиспускания в холодное небесное пространство и тем
самым препятствует потере тепла даже при вполне чистом небе и
сухом воздухе.
Воздушную оболочку не без основания сравнивают с тепловой
машиной, нагреваемой на экваторе и охлаждаемой на полюсах. Все
атмосферные движения вызываются прежде всего изменениями темпе¬
ратуры или разницей в распределении тепла, как в горизонтальном,
так и в вертикальном направлении — и вертикальное и горизонтальное
распределение температуры в воздухе играет важную роль в практи¬
ческой жизни и во всех атмосферных явлениях. Нижние слои, благо¬
даря лучеиспусканию солнца и земли, нагреты сильнее верхних, но,
если нагретый воздух поднимается вверх, то он должен для этого
174

поднять выше лежащие слои и, попадая туда, где давление меньше,
должен приэтом расшириться. Поэтому на работу подъема вверх
должна потратиться некоторая энергия, заимствуемая от самого под¬
нимающегося вверх воздуха. Подсчет показывает, что сухой воздух
должен был бы при подъеме вверх охлаждаться приблизительно на
1º на каждые 100 метров поднятия, а влажный — на меньшую величину
в зависимости от начальной температуры и близости к насыщению.
Наоборот, при опускании воздуха — при нисходящих течениях его —
должно происходить его нагревание, — и, так как в атмосфере или, по
крайней мере, в тропосфере имеют место, если не постоянно, то вре¬
менами, как восходящие, так и нисходящие течения, то в ней должно
установиться сравнительно близкое к равновесию состояние, при кото¬
ром температура убывает вверх с указанной выше быстротой.
Измерения при подъемах воздушных шаров, в последнее время—
аэропланов, а также применение шаров-зондов, снабженных самопи¬
шущими термометрами и поднимающихся на высоту до 30 километров,
значительно подвинули вперед наши знания о вертикальном распре¬
делении температуры в атмосфере. Так, напр., Берсон дал следующую
таблицу постепенного среднего понижения температуры:
Высота в кило¬
метрах		01	2	3	4	5	6	7	8	9
Температура. . . 10.1° 5,4° 0,5° — 5,0° — 10,3° — 16,6° — 24,2° — 29.4° —38.3° — 46,4°С
Горизонтальное распределение тепла на поверхности земли слож¬
нее вертикального, но оно, по крайней мере, доступно прямому на¬
блюдению. В общем здесь обнаруживаются закономерные отношения
между температурой пунктов наблюдения и их географическим поло¬
жением, близостью к морю и высотой над уровнем последнего.
Чтобы изучить распределение температуры на земле, находят для
возможно большего числа пунктов средние месячные или годовые
температуры, приводят их (при помощи таблиц подобных только что
указанной или же по формулам) к уровню моря, наносят на карту и точки
с равными средними температурами соединяют линиями, называемыми
изотермами.
Из полученных схем можно вывести некоторые общие правила.
Обыкновенно изотермы следуют направлению параллелей, отклоняясь,
впрочем, то на юг, то на север у материков и островов. По обе сто¬
роны экватора тянется широкий пояс изотерм с высокими годичными
температурами в 25° и более; далее, оказывается, что под тропиками
материки теплее морей (благодаря большему нагреванию солнцем), тогда
как в полярных поясах их температура ниже температуры морской (вслед¬
ствие большого лучеиспускания). Некоторые годовые изотермы в
северном полушарии сильно изогнуты (рис. 16), так что, напр., в во¬
сточной Азии годовая температура в 0° наблюдается под 50° сев. шир.,
тогда как в Норвегии только под 70°.
Из средних температур пунктов, лежащих на одной параллели,
выводят среднюю температуру. Таким образом убедились, на основа¬
нии наблюдений, что наибольший избыток тепла имеется на Лофоден¬
ских островах (сев. Норвегия), где действительная температура превы¬
шает теоретически вычисленную для 68° сев. шир. на 25°; наибольшая
недостача тепла — в центральной Сибири, где наблюдаемая температура
ниже теоретической на 26°. Подобные неправильности обусловлены
различным нагреванием воды и суши, а также морскими и воздушными
течениями. Тропический и отчасти умеренный пояса южного полушария
повсеместно прохладнее тех же поясов северного полушария, причем
174

разница сглаживается к полюсам; явление это объясняется неравно¬
мерным распределением суши и воды в обоих полушариях.
Карты изотерм составляются не только для годичных температур
(изотерм), но и для отдельных месяцев. Наиболее интересны январские и
июльские карты; первые соответствуют северной зиме и южному лету,
вторые—наоборот. Из них следует, что самые жаркие и самые холод¬
ные места принадлежат при той же широте северному полушарию,
что обусловливается преобладанием в нем суши.
Так как температура зависит прежде всего от солнечных лучей,
то она периодически изменяется в зависимости от смены дня и ночи,
обусловливаемых осевым вращением земли, а также под влиянием
времен года, т. е. она зависит также от обращения земли вокруг солнца.
Рис. 16. Годовые изотермы,
Наблюдаются, следовательно, суточный и годичный периоды, в течение
которых температура изменяется в известных пределах. Важную роль
при изменении температуры на земле играет почва: песчаная почва
оказывает иное влияние, чем луг; травяная растительность — другое, не¬
жели лес и т. д.
Весьма интересен важный для человека вопрос, не изменяются ли
с течением времени средние годовые температуры определенных пунктов.
К сожалению, точные наблюдения над температурой начали ставиться
только с середины XVIII века, и потому сколько-нибудь вероятные
выводы невозможны. Однако, тщательный анализ старых и новых
данных позволяет считать, что средние годовые температуры не
подверглись заметным изменениям и что в общем ряды холодных
годов чередовались попеременно с рядами более теплых.
Укажем еще, что исследования показывают, что температура воз¬
духа больших городов превышает температуру в окрестностях на
1 —4º С.
Как газообразное упругое тело, воздух производит давление во
все стороны, величина которого зависит от притяжения земли
176

Рис. 17. Большой барометр, посредством которого Паскаль впервые измерил в Руане
давление воздуха.

сообщающего массе воздуха известный вес. Поэтому в определенном
слое воздуха давление равно весу лежащих над ним верхних воздушных
слоев. С увеличением высоты давление, естественно, уменьшается, так
что давление атмосферы на уровне моря равно 760 мм, если выражать
его величину соответствующей высотой ртутного столба; - 240 мм.
Переводя это число, на вес ртути, получаем, что на 1 квадр. см при
температуре 0° С на уровне моря и под 45° шир. действует тяжесть
в 1 033 кг. Это называется давлением в одну атмосферу и соответство¬
вало бы водяному столбу в 10,33 м.
Величина давления воздуха измеряется наиболее точно ртутным
барометром, изобретенным Торичелли в 1644 г. Главною частью ртутного
барометра является стеклянная трубка около 900 мм длины и 10—15 мм
Ширины; эта трубка, верхний конец которой запаян, наполняется химиче¬
ски-чистой ртутью и нижним открытым концом опускается в сосуд
со ртутью, так что над ртутью в трубке
образуется так называемая „Торичеллиева
пустота". Высота ртутного столба от по¬
верхности ртути в сосуде до уровня ее
в трубке выражает величину давления воз¬
духа; с возрастанием давления ртуть в баро¬
метре поднимается и наоборот с уменьше¬
нием его — опускается. Ввиду влияний на
показания барометра изменений темпера¬
туры и различия в силе тяжести, различной
под разными широтами, при пользовании
им вводятся поправки на температуру, вы¬
соту и широту и пользуются лишь данными,
приведенными к 0° С. к уровню моря и
к 45° широты. Для измерения давления упо¬
требляются еще металлические (анероидные)
барометры (рис. 18), наконец, гипсо-термо¬
метры, основанные на том, что температура
кипения воды понижается с уменьшением
давления и наоборот.
Рис. 18. Анероид—металлический
барометр.
Сравнению барометрических высот в различных пунктах на по¬
верхности земли принадлежит, как увидим ниже, решающее значение
при исследовании ветров и погоды При изучении географического
распределения воздушного давления поступают так же, как и с темпе¬
ратурой: вычисляют суточные и годичные средние барометрических
высот для каждого пункта, приводят их к 0° С. к уровню моря и 45º
широты и переносят на карту. Соединив линиями точки с одним и
тем же давлением, получают так называемые изобары
Карты изобар показывают, что на материках зимою преобладает вы¬
сокое давление, тогда как летом - низкое; на океанах же давление воздуха
в общем более постоянно. Лишь над большими океанами, простираю¬
щимися от северного полюса к южному, давление распределено крайне
своеобразно: вблизи экватора и полюсов находятся зоны с постоянном
низким давлением; между 30º и 40° северной широты и между 20º и 30º
южной широты лежат зоны с постоянным высоким давлением барометра.
Колебания барометрической высоты зависят прежде всего от коле¬
баний температуры, почему должны существовать суточные и годичные
периоды атмосферного давления. И, действительно, средний суточный
период атмосферного давления представляет вполне правильное метеоро¬
логическое явление, характеризующееся тем, что в течение суток насту¬
пают два максимума — перед полуднем и вечером, и два минимума —
утром и после полудня.
178

Помимо суточного периода, давление воздуха имеет еще и годо¬
вой период, в котором важную роль играет точно также географиче¬
ское положение. В общем, сезонные колебания давления воздуха
гораздо менее на океанах и вдоль берегов, чем на больших материках.
Суточный период барометра не более 2—3 мм, годичный же дости¬
гает 30 мм. Континентальный тип этого периода характеризуется тем,
что максимум приходится на зиму, а минимум — на лето, тогда как
океанический тип обнаруживает обратный порядок. Годичные измене¬
ния атмосферного давления тоже вызываются по преимуществу изме¬
нениями температуры, связанными с временами года.
Вследствие разности давления в различных местах атмосфера ни¬
когда не находится в покое, а в постоянном движении, направление
и сила которого меняются. Скорость воздушных течений колеблется
между 0 и 40 метрами в секунду; мы начинаем ощущать в воздухе дви¬
жение лишь тогда, когда
скорость ветра более одно¬
го метра. Слабые ветры
имеют скорость до 4 ме¬
тров в секунду, умерен¬
ные— до 7, свежие —
до 11, сильные — до 17,
бурные — до 28 и урага¬
ны — от 29 до 40 и более
метров в секунду.
Для измерения ско¬
рости ветра употребля¬
ются так называемые ане¬
мометры, из которых наи¬
более удобны анемометры
Робинсона с крестом из
4 чашек, вращающимся
вокруг вертикальной оси;
вращение креста помощью
зубчаток передается
стрелкам на циферблате.
Направление ветра опре¬
деляется флюгерами, из которых анемографы записывают автоматически;
либо только направление ветра, либо и направление и скорость. Дви¬
жение воздушных течений в более высоких областях определяется по
передвижению облаков, ход которых прослеживается при помощи так
называемого нефоскопа.
Применение нефоскопа дает лишь весьма приблизительные све¬
дения о скорости ветра в высоких слоях, так как для этого нужно
знать высоту облака, которую определяют при этом лишь по виду
облаков, а для тех слоев, где нет облаков, этот способ совершенно
неприменим.
Гораздо совершеннее метод шаров-пилотов— небольших воздуш¬
ных шаров, у которых определяют первоначальный диаметр и
подъемную силу перед тем, как выпустить их. По этим данным можно
вычислить скорость их подъема, а отсюда, наблюдая за шаром-
пилотом в угломерный прибор через определенные промежутки времени,
можно найти и скорость ветра в том слое в котором шар-пилот
находился между двумя отсчетами угломерного прибора. Поэтому
наблюдения над шарами - пилотами являются теперь непременною при¬
надлежностью аэрологических станций. В аэрологические станции с те¬
чением времени должны будут неизбежно превратиться большинство
Рис. 19 изображает барограф, в котором показания
пера, соединенного системой рычагов с анероидной
коробки, записываются на разграфленной бумаге, по¬
крывающей вращаемый часовым механизмом
цилиндр.
1.2*
179

метеорологических, так как наблюдения над метеорологическими элемен¬
тами только на дне воздушного океана немногим полезнее, чем были бы
наблюдения на дне морей и океанов над морскими течениями и волнами.
Происхождение ветров объясняется таким образом: над какой-либо
местностью, сильно нагретой солнцем, происходит разрежение воздуха,
или депрессия, благодаря восходящим воздушным токам, тогда как
кругом господствует более высокое давление; в разреженное простран¬
ство из окружающей среды устремляются частицы воздуха, — обра¬
зуется ветер, направленный из областей высокого давления в область
низкого. Особенно ярко это явление можно заметить на береговых
и морских ветрах: днем ветер дует с более холодного моря на более
теплый берег; ночью, наоборот, от быстрее охладившегося берега
к более теплому морю. В громадном масштабе совершенно аналогичное
имеет место для всей атмосферы: на экваторе воздух, поднимаясь вверх,
направляется к полюсам, тогда как внизу холодный воздух течет
из полярных областей. Под влиянием, однако, вращения земли с запада
на восток, ветры, которые дули бы в меридианальном направлении,
если бы земля была неподвижна, отклоняются — в северном полушарии,
вправо, а в южном — влево. Так возникают в поясе, простирающемся
на 30’ по обе стороны экватора северо-восточные и юго-восточные
ветры, так называемые писсат-ы, столь важные для мореплавания.
В Индийском океане материки Азии, Африки и Австралии превращают
пассатные ветры в муссоны, дующие в течение 6 теплых месяцев
в юго-западном направлении и в течение 6 холодных месяцев — в се¬
веро-восточном. Такие „муссоны", хотя не так. может быть, правиль¬
ные и ясно выраженные встречаются и в других места; даже в из¬
вестных горных и долинных ветрах можно видеть своего рода су¬
точные муссоны; объясняются они нагреванием гор днем и охлажде¬
нием их ночью.
Особый интерес в климатическом отношении представляют метео¬
рологические явления, зависящие от присутствия в воздухе водяных
паров.
Водяные пары образующиеся вследствие испарения морей, озер,
рек, снега, льда и т. д, всюду и всегда находятся в воздухе. Испа¬
рение зависит от температуры, давления и движения воздуха и от его
влажности над испаряющейся поверхностью. Однако воздух при дан¬
ной температуре может вместить лишь определенное количество водя¬
ного пара. Количество водяного пара, которое может воспринять воз¬
дух, растет вместе с температурой. Когда воздух заключает в себе,
ровно столько пара, сколько он может вместить при данной температуре,
его называют насыщенным; ту температуру, при которой насту¬
пает насыщение данного влажного воздуха водяными парами, называют
точкой росы; понижение температуры воздуха ниже точки росы
выделяет избыток пара в форме воды. Под относительной влажностью
понимают отношение количества пара, действительно имеющегося
в воздухе, к тому наибольшему количеству, которое воздух может вме¬
стить при данной температуре. Определяется влажность помощью спе¬
циальных приборов — гигрометров, основанных на свойстве челове¬
ческого волоса удлиняться во влажном воздухе и укорачиваться в сухом.
Волге точные приборы называются психрометрами и состоят из
двух одинаковых, поставленных рядом термометров — сухого и смо¬
ченного. Последний вследствие испарения волы мокрой оболочки охла¬
ждается, и по разности показаний того и другого помощью таблиц опре¬
деляется упругость пара и относительная влажность воздуха.
Обращаясь к вертикальному и горизонтальному распределению
влажности на земле, приходится констатировать, что с возрастанием
180

высоты над уровнем моря количество водяного пара быстро падает:
9/10 всего атмосферного пара приходится на нижние слои воздуха —
от уровня моря приблизительно до высоты 5 км. Исследование гори¬
зонтального распределения влажности показывает, что она довольно по¬
стоянна над океанами (75—80%), тогда как над материками очень
изменчива и в среднем колеблется между 20 и 90%.
Суточные и годичные колебания относительной влажности стоят
в обратном отношении с колебаниями температуры, по крайней мере,
в низменностях — высокой температуре отвечает минимальная влаж¬
ность и наоборот, в горах наблюдается параллельный ход влажности
и температуры.
Если водяной пар доходит до насыщения от своего охлаждения
самой поверхностью почвы, то избыток влаги выделяется на ней в виде
росы или инея, смотря по тому, была ли начальная упругость пара
больше или меньше 4,5 мм; почему имеет значение эта величина упру¬
гости водяного пара, будет видно из следующей главы. Если такое на¬
сыщение происходит в самых нижних слоях атмосферы, то получается
туман.
Туманы образуются обычно, если теплый воздух проносится над
холодной почвой или наоборот, если холодный воздух ложится на
обширные теплые поверхности водяных бассейнов. Если же конденса¬
ция водяного пара происходит в верхних слоях атмосферы, то обра¬
зуются облака. Различают четыре главных типа облаков — перистые,
кучевые, слоистые и дождевые, причем иногда к этим характеристикам
добавляют слова „высоко", „разорванно" и т. п, указывающие на
их высоту и степень сплоченности.
Рис. 20—23 представляют фотографии некоторых наиболее ха¬
рактерных форм облаков.
Степень облачности определяется измерениями в известное время
пространства неба, затянутого всеми имеющимися облаками; полная
облачность выражается цифрой 10, а совершенно ясное небо цифрою 0.
Долголетние наблюдения обнаружили существование суточных и го¬
дичных периодов облачности, естественно, стоящих в тесной зависи¬
мости от солнечных лучей. Степень облачности весьма сильно зависит от
географического положения местности, являясь важным климатическим
элементом (продолжительность освещения солнечными лучами играет
огромную роль в жизни человека, благодаря их дезинфецирующим
свойствам).
При быстром и прогрессирующем сгущении атмосферного пара,
выпадают осадки в виде дождя, снега или града. Дождевая вода, со¬
держащая, кроме пылинок, азотистые соединения, — аммиак и окислы
азота. — представляет собою прекрасное удобрение для почвы, доста¬
вляемое ею последней в довольно значительном количестве: прибли¬
зительно, около 10 кг на площадь одной десятины. Температура дождя,
в среднем на 3—4° Ц ниже температуры воздуха. Частота выпадения
осадков выражается числом дней, когда шел дождь или снег, количе¬
ство же осадков измеряется посредством особенных приборов, дожде¬
меров, собирающих дождь и снег и определяющих высоту выпавшего
слоя в миллиметрах. Распределение осадков по земле важно не только
для растительности, но и для блага человека. В общем, области с вы¬
соким барометрическим давлением бедны осадками, тогда как мест¬
ности низкого давления богаты ими. Морские ветры приносят обильные
дожди, материковые отличаются сухостью; поэтому, напр., в европей¬
ской части СССР дождь идет, обыкновенно, при западных ветрах.
На влажности и атмосферных осадках ввиду их важности мы
остановимся подробно в следующей главе ниже, а пока заметим, что
181

Различные формы облаков.
Таблица I.
Рис. 20. Перистые облака.
Рис. 21. Направо — перистые облака, слева вверху фотографии — высококучевые облака;
слева внизу высокослоистые.

Различные формы облаков.
Таблица II.
Рис. 22. Кучевые облака.
Рис. 23. Слоисто-кучевые облака с градовой тучей.

климатом местности называют среднее состояние всех метеорологи¬
ческих элементов, т. е. общую их характеристику, полученную из боль¬
шого количества отдельных состояний погоды.
Прежде всего остановимся на существовании в каждом полуша¬
рии трех более или менее резко разграниченных климатических обла¬
стей, — жаркого, умеренного и холодного поясов со следующими харак¬
терными отличиями.
Пояса, простирающиеся между экватором и обоими тропиками,
обладают почти неизменной продолжительностью дня и ночи и,
кроме того, не имеют смены времен года. Поэтому они хара¬
ктеризуются постоянством и правильностью периодических атмосфе¬
рических явлений, между прочим, проявляющихся в суточных колеба¬
ниях барометра. Весьма высокая средняя температура обладает
значительными суточными колебаниями и весьма малыми годовыми;
сухое время года правильно чередуется с дождями. Сырой и теплый
воздух сильно расслабляет организм, так что европейцы, много лет
проживающие в тропиках, нуждаются в перемене климата по той при¬
чине, что у них развивается малокровие. Только правильно дующие
пассаты и муссоны смягчают жару тропических островов Тихого и
Индийского океанов и являются как бы большими естественными опа¬
халами. приносящими с собой прохладу
Умеренные пояса, лежащие за обоими тропиками между 23 1/2 ° и
66 1/2 0 сев. и южн. широт, обладают средней годичной температурой
от 0° до 25° С. Резко выраженная смена времен года, различная про¬
должительность дня и ночи обусловливают значительное колебание
метеорологических элементов. Холодные пояса, лежащие вокруг обоих
полюсов, имеют среднюю годичную температуру ниже 0° С.; солнце
в течение одной части года находится здесь большую часть суток над
горизонтом, а в течение другой — большую часть суток под ним; по¬
этому зима совпадает с наиболее длинной ночью, лето — с наиболее
долгим днем.
Вот в общих чертах климатические пояса, разграниченные геогра¬
фическими широтами. Существуют, однако, и другие климатические
факторы, как суша и вода, горы и низменности, леса и снеговые
области, влияние которых может существенно изменить влияние широты—
особенно в умеренном поясе.
Влияние климата на сельское хозяйство было известно еще в глу¬
бокой древности, но это знание только в новейшее время применяется
с пользою на практике. Видимо, термические условия и солнечные
лучи наибольшее влияние оказывают на растения, так что можно
точно вычислить соотношение между количеством тепла, полученным
известней областью, со времени посева, и скоростью развития расти¬
тельности. Кроме того, земледельческая климатология определила
почти для всех культурных растений влияние, оказываемое атмосфе¬
рой на периоды почкообразования, листопада, цветения и созревания
плодов,— влияние, зависящее опять таки от географического положения
и высоты места. Как оказывается, даже появление и исчезновение
известных полезных или вредных для растительности животных отли¬
чается некоторой закономерностью. Вообще, нет ни одного метеоро¬
логического вопроса, который не был бы важен для сельского хозяина.
Практическое учение о погоде, вопросы о времени замерзания и
вскрытия рек, о промерзании и оттаивании сырой почвы, периодах
выпадения дождя и снега и т. д., все это имеет громадный практи¬
ческий интерес в сельском хозяйстве.
Атмосферические условия чрезвычайно важны также для пра¬
вильного функционирования человеческого организма. Дыхание чело¬
184

века состоит в прямой зависимости, а обмен веществ—в косвенной,
от качества воздуха. Температура воздуха, в связи с ветрами и влаж¬
ностью, оказывает разнообразные и весьма существенные влияния
на организм в зависимости от расы, привычек и одежды субъекта,,
причем умеренно-теплые температуры наиболее полезны. Однако,
человек в состоянии выносить очень высокие температуры, если только
воздух сух, тогда как чрезмерная сырость делает даже невысокие
температуры непереносимыми. Также и сильный холод полярных стран
не особенно чувствителен при безветрии; когда же дует ветер, дей¬
ствие больших морозов очень вредно для организма.
Помимо температуры и влажности воздуха, важную роль играет
его давление. Колебания барометра в среднем на 40 м., не имеют
существенного значения, но быстрое падение атмосферного давления
или чрезмерное возрастание его отражается на самочувствии крайне
вредно: в первом случае ощущается недостаток воздуха, дыхание ста¬
новится более частым, деятельность сердца усиливается, и кровь пере¬
полняет мозг и другие органы; во втором случае дыхание делается
слабее и реже, чувствительность нервной системы падает, наступает
сонливость.
Еще важнее, чем метеорологические элементы, для человеческого
здоровья климат. Общеизвестен факт, что различные физические и
духовные свойства рас стоят в тесной зависимости от того, в каком
поясе обитают расы. Что умеренный климат особенно благотворно
влияет на развитие человека, это говорит не только медицина, но пока-,
зывает и история человеческой культуры. Более всего цивилизация
обязана народам умеренных поясов нашей планеты.
Многие болезни зависят от климатических и местных условий:
малярия, желтая лихорадка свирепствуют преимущественно в жарких
странах; цынга, скорбут, главным образом, распространены в холод¬
ных областях; холера, чума, оспа тоже отчасти определяются клима¬
тическими факторами. Но климат влияет не только губительно, — на
так называемых климатических станциях он действует благотворным,,
лечебным образом на организм, чем и пользуется медицина.
7.	Влажность и атмосферные осадки.
Водяной пар имеет первенствующее значение в жизни при¬
роды и человека не столько тогда, когда он далек от насыщения
и когда „дефицитом влажности" — разностью упругости насыщающих
паров и паров, существующих в данный момент в воздухе, — опреде¬
ляется быстрота потери влаги растительностью и кожей человека,
сколько тогда, когда он доходит до насыщения и образует атмо¬
сферные осадки.
Из составных частей только водяной пар может давать атмо¬
сферные осадки, т. е. обращаться в жидкие капельки или в твердые
кристаллики, которые, будучи значительно тяжелее окружающего воз¬
духа, должны более или менее быстро опускаться вниз и, следова¬
тельно, давать „осадки". В самом деле, для возможности обращения
какого либо газа в жидкое или в твердое состояние необходимы два
условия: 1) температура должна быть ниже так называемой критиче¬
ской температуры, выше которой вещество не может быть одновре¬
менно в двух состояниях, и 2) упругость газа должна быть больше
упругости лара, насыщающего пространство над получившейся при
охлаждении его жидкостью или твердым телом.
Критическая температура у кислорода равна—119° Ц, у азота
она равна—149° Ц, так что при тех температурах, какие имеют место
185

в тропосфере, не может быть и речи о превращении их в жидкое или
твердое состояние (самая низкая наблюденная на земном шаре темпе¬
ратура имела место 15 января 1885 в Верхоянске и была равна —67,8° Ц).
У углекислого газа критическая температура +31° Ц, но даже при — 68°
упругость паров над жидкой углекислотою равна 23/< атмосферам,
тогда как упругость углекислоты в атмосферном воздухе не превы¬
шает 1/3000 давления атмосферы, так что о превращении углекислоты
в жидкое или твердое состояние в природных условиях земного шара
тоже не может быть речи.
Остается водяной пар, для которого критическая температура +370°,
а температуры плавления твердого льда и кипения жидкой воды
обычны на земной поверхности. Относительно температуры плавления
такое утверждение не возбуждает сомнения, так как она равна 0° при
давлении в 1 атмосферу и +0,007° при давлениях в 1—2 мм ртут¬
ного столба. Что же касается температуры кипения воды или, что —
то же, температуры превращения водяного пара в жидкое состояние,—
то на первый взгляд сделанное выше утверждение кажется непра¬
вильным, так как эта температура равна 100° Ц, — но это будет лишь
при давлении в 1 атмосферу. При давлении же в 1/2 атмосферы темпе¬
ратура кипения равна 80°. при давлении в 1/4 атмосферы она равна +65º Ц,
при давлении в 1/10 атмосферы, т. е. в 76 мм +46°, при давлении
в 20 мм +22,4°, в 10 мм +11,5°, в 5 мм +10º, а при 4,5 мм + темпера¬
тура кипения равна + 0,007°, т. е. равна температуре плавления льда.
При таком давлении и такой температуре — в знаменитой „тройной
точке" — вода может таким образом существовать одновременно во
всех трех состояниях, не переходя из одного в другое.
Приведенные числа позволяют для всякого давления, превышаю¬
щего 4,5 мм, ответить на вопрос, в каком состоянии должна быть
вода при той или другой температуре. Если, напр., давление равно
20 мм, то при температурах выше 22,4° вода может существовать
только в газообразном состоянии. Заметим, что приэтом надо иметь
в виду только давление водяных паров, а не всего воздуха, так как налич¬
ность остальных частей может дать воде возможность временно существо¬
вать в жидком виде при упругости водяного пара в 20 мм и при более
высоких, чем 22,4°, температурах, но только жидкая вода будет при¬
этом в неустойчивом состоянии и будет непрерывно переходить
в газообразное состояние, — единственное устойчивое при этих усло¬
виях.
Наличность воздуха лишь замедляет, но не останавливает
этого перехода, лишь превращает бурное кипенье в спокойное
и медленное испаренье. При температуре же в 22,4° и упругости
водяного пара в 20 мм,- упругости насыщения — жидкая вода может
быть в равновесии со своим паром, — и переход ее в пар или пара
в воду будет зависеть лишь от того, будем ли мы сообщать тепло им
обоим или отнимать тепло от них обоих. При температурах ниже 22,4°
водяной пар, имеющий упругость в 20 мм, будет неустойчивым, будет
пересыщенным и, если только его однородность будет нарушена
чем-нибудь — напр., твердой пылинкой или электрическим зарядом
свободного иона, — то на этом „ядре конденсации" или на этих
ядрах конденсации начнется выделение избытка воды, которое будет
происходить до тех пор, пока упругость оставшегося в газообразном
состоянии водяного пара не станет равною упругости насыщения при
этой температуре. Если же температура — при начальной упругости
водяного пара в 20 мм—станет ниже +0º,007, то и жидкое состояние
перестанет быть устойчивым, вода делается переохлажденной и,
при введении в нее „ядра кристаллизации" или нескольких
186

ядер кристаллизации ввиде хотя бы одного мельчайшего кристаллика льда,
станет превращаться в лед — в твердое состояние, которое и будет
устойчивыми при этой температуре. Такой переход будет продолжаться
до тех пор, пока вся вода не замерзнет, а упругость оставшегося
газообразным водяного пара не достигнет упругости насыщения при
этой температуре.
Мы нарочно остановились так подробно на этих обстоятельствах,
чтобы стало понятным, что происходит при охлаждении водяного
пара, если начальная упругость его меньше 4,5 мм. При таких давле¬
ниях температура кипения жидкой воды оказывается уже ниже
температуры плавления льда, — и жидкое состояние будет неустой¬
чивым, так что все сказанное только что, являющееся парадоксальным
утверждением возможности превышения температурою плавления тем¬
пературы кипения — относится к температуре кипения переохла¬
жденной воды. Поэтому при таких малых начальных упругостях
водяного пара он при охлаждении превращается — при достаточном
понижении температуры — непосредственно в твердое состояние, минуя
жидкое, — получается снег, тогда как при больших начальных упру¬
гостях водяного пара он при охлаждении (имеющем место, например,
в восходящих потоках воздуха) обращается в жидкое состояние — по¬
лучается дождь.
Дождь и снег представляют собой неизбежное явление в зем¬
ной атмосфере вследствие неустойчивости водяного пара
при том убывании температуры по мере поднятия вверх, какое имеет
место в атмосфере. В самом деле, упругость водяного пара должна
по мере поднятия вверх довольно быстро убывать, хотя и несколько
медленнее, чем упругость более тяжелых (раза в 1 1/2) кислорода и азота.
Так при начальной упругости в 20 мм и температуре в 25° Ц, на высоте
в 3 1/2 км, на которой общее давление воздуха равно 2/3 атмосферы,
упругость водяного пара должна была бы стать 16 мм, но при темпе¬
ратуре в —8° которая бывает в среднем на такой высоте, наи¬
большая возможная упругость насыщающего, а не пересыщаю¬
щего, воздух водяного пара равна всего 2 мм. На самом же деле
водяной пар обычно далек от насыщения, — и упругость его, будет
в среднем 1 1/2 мм.
Сказанное относится к случаю отсутствия восходящих или нисхо¬
дящих потоков воздуха, — к случаю, при котором водяной пар будет
проникать снизу вверх лишь благодаря диффузии, стремясь дости¬
гнуть тех упругостей какие он имел бы при сохранении той темпера¬
туры, какою он обладал вблизи земной поверхности. При восходящих
же потоков — особенно интенсивных при нагревании поверхности земли
солнцем, т. е. в дневные часы и летом — воздух, поднимающийся вверх,
несет с собою всю ту влагу, какую он имел внизу, — и, следовательно,
если бы он сохранил свою температуру, при всяком восходящем потоке
воздуха должно на некоторой высоте происходить насыщение, а затем
и пересыщение его водяным паром, — и в результате на имеющихся
в воздухе ядрах конденсации должно происходить выделение избытка
влаги, т. е. должно получаться скопление мельчайших водяных капель
или мельчайших ледяных кристалликов, смотря по тому, была ли
начальная упругость пара больше или меньше 4,5 мм. Таким образом
получаются обычные дождевые или снеговые облака.
Если быстрота подъема воздуха настолько велика, что он может
поднять вверх образовавшиеся жидкие капли, то может случиться,
что эти капельки попадут в слои воздуха, где температура ниже 0°,
и обратятся в твердое состояние. Капельки дождя обращаются в
твердое состояние — и получается град.
187

Другими условиями образования града являются случаи инвер¬
сии— такого напластования слоев воздуха, при котором над слоем,
имеющим температуру ниже 0°, оказывается не более холодный, а более
теплый слой с облаком из дождевых капель, замерзающих при своем
падении сквозь лежащий ниже слой воздуха с температурою ниже 0°.
Случай инверсии соответствует обычно неустойчивости напласто¬
вания слоев воздуха, — и, когда это неустойчивое равновесие нару¬
шается, то возникают энергичные перемешивания слоев, сильные
вертикальные движения воздуха, — получается то грандиозное явление
природы, которое мы называем грозою. Рис. 8 представляет собой
любопытный старинный рисунок грозы — довольно фантастичный, так
как наибольшие градины не превышают, повидимому, по весу 2 — 2 1/2 кг,
т. е. имели поперечные размеры, не превышающие 15—17 см, как это
видно, напр., из снимка сочень крупных градин (рис. 26—в г/10 нату¬
ральной величины).
Рассказы летописцев о градинах „с дом", „со слона", подписанный
многочисленными свидетелями акт о градине в 2 м длиною, в 1 м
длиною и соответствующей толщины, выпавшей в числе других в Венгрии
в средине прошлого столетия, и другие подобные случаи относятся,
вероятно, к массам градин, снесенных потоками воды в одну кучу и
смерзшихся друг с другом благодаря своей более низкой, чем 0°, тем¬
пературе.
Ограничимся этими немногими словами, которые, надеемся, все
же помогут читателю понять, почему зимою выпадает снег, а не град
а летом — наоборот.
Рис. 24. Фотография необычайно крупного града - в одну де¬
сятую натуральной величины, выпавшего 1907 г. в Сев. Америке.
188

Рис. 25. Синоптическая карта для 7 час. утра 12/25 ноября 1923 г.
8.	Вихревые движения атмосферы.
В тропических странах смена погоды определяется, главным
образом, временем года и зависящими от него изменениями в общей
циркуляции атмосферы, о которой была выше речь в § 6. Но в уме¬
ренных широтах гораздо большее значение имеет прохождение над
данным местом той или иной части гигантских воздушных вихрей, ко¬
торые носят название циклонов. Для каждой части циклона — для
его фронта, для его ядра, для его тыла, для его правого или левого
поля — получаются особые условия ветра, температуры, влажности,
облачности, осадков. — и потому, если знать, когда и какою частью
надвинется на данное место циклон и с какою скоростью переме¬
щается его центр, то можно с большою вероятностью предсказать
смену погоды на протяжении тех 3—4 дней, в течение которых циклон
обычно проходит над данным местом в наших широтах.
Для такой осведомленности нужно то собирание метеорологиче¬
ских сведений, о котором мечтали Ломоносов и Лавуазье и которое
стало возможным лишь после введения в обиход жизни человечества
телеграфа — сначала по проводам, а затем и без проводов. На осно¬
вании получаемых центральными геофизическими учреждениями страны
(или отдельной ее области), составляются в самом срочном порядке
синоптические карты, изображающие распределение метеороло¬
гических элементов на значительной части земной поверхности вокруг
189

данного места. Так, напр., Главная Геофизическая Обсерватория в Ле¬
нинграде, являющаяся де-юре центральным географическим учреждением
лишь РСФСР, а де-факто всего Союза, составляет ежедневно к 2 часам
дня синоптическую карту, обрисовывающую состояние метеорологических
элементов от восточных берегов Сев. Америки до Камчатки и Японии
в 7 часов утра того же дня, а в 3 1/2 — 4 часа ее литография выпускает
эту карту отпечатанной вместе с предсказаниями в общей форме для
Северо-Западной Области.
Когда на такой карте есть ясно обозначившийся циклон — гигант¬
ский вихрь в 2 000 — 3 000 км поперечником с пониженным давлением
в средних частях и с общим направлением ветра против часовой
стрелки вокруг ядра циклона—и когда из сравнения последней вычер¬
ченной карты с предыдущими выяснилось направление и скорость пере¬
мещения центра циклона, дежурному физику отделения ежедневного
бюллетеня Главной Геофизической Обсерватории (то же относится и
ко всякой другой крупной службе погоды) сравнительно легко дать
предсказания, хотя тоже с известной осторожностью.
Как пример, укажем на рис.
25, представляющий собой кусок
синоптической карты для 7 час.
утра 12/25 ноября 1923, на которой
ясно виден циклон, проходивший
в это время над северной Евро¬
пой. На этой карте, как принято
это для синоптических карт, места
наблюдений обозначены кружка¬
ми, причем эти кружки — свет¬
лые внутри для тех пунктов, где
небо было в это время ясным,
и черные сплошь или частично
для тех пунктов, где небо было
сплошь или частично покрыто ту¬
чами. Направление стрелок ука¬
зывает направление ветра, а число
перышек на хвосте стрелки — силу
Рис. 26. Схема распределения облачности
и погоды в циклоне, движущемся по на¬
правлению стрелки.
ветра. Кривые линии, нанесенные на карту, это — изобары, а числа,
стоящие около них, указывают на то одинаковое давление, которое
было в это время во всех точках данной изобары.
В 7 ч. у. 12/25 ноября центр циклона, как видно из рис. 27, был
километров на 200 к северу от Ленинграда и циклон вызывал силь¬
нейшие западные ветры на всем протяжении Финского залива, вызы¬
вавшие нагон воды к его восточному концу. Такому направлению и
таким большим скоростям ветра способствовал небольшой дополни¬
тельный циклон, центр которого в это время был у восточных берегов
Ботнического залива и который как бы подпирал и подталкивал сзади
основной циклон. Результатом этого было одно из наиболее крупных
наводнений в Ленинграде (высота подъема воды до 2 3/4 м над „орди¬
наром")— наводнение, которого не было бы, если бы центр циклона
прошел на какую-нибудь полсотню-сотню километров севернее или
южнее.
Типичное распределение погоды и облачности в циклоне изобра¬
жено на рис. 25, на котором стрелка обозначает направление движения
циклона, а буквы: "П", "К", "Сл"„Д" —с прибавкой, в случае на¬
добности, буквы „в" (высоко) или "р" (разорванно) — обозначают:
Перистые, Кучевые, Слоистые и Дождевые облака Из обзора рис. 26
можно сообразить, какая смена погоды и какая смена облаков (добавим
190

Рис. 27. Торнадо 2-го марта 1906 года. На рисунке изображена картина разрушения
торнадо города Меридиан в штате Миссисипи (Сев. Америка).

для ясности, что перистые облака, являющиеся наиболее высокими, могут
быть видимы близ горизонта с расстояния в 300-400 км) происходит
при приближении к наблюдателю и прохождении над ним левой сто¬
роны циклона — разрез по линии Л1Л2, или средней части — разрез
по линии Т2Т2,—или правой стороны — разрез по линии У1У2. Отсюда
вывод, что при достаточном знании метеорологии (и в частности, так
называемых местных примет о погоде) и при достаточной наблюда¬
тельности можно даже без метеорологических приборов (конечно,
лучше иметь хотя бы анероид, флюгер и термометр) делать довольно
удачные предсказания предстоящих изменений погоды.
Но, если от грандиозных основных циклонов и сопровождающих
из небольших (поперечник в несколько десятков или сот километров)
циклончиков, которые видимы лишь на синоптических картах, зависят
общие изменения погоды, то те более миниатюрные вихри, которые
видны непосредственно глазом и которые называются смерчами,
торнадо (см., напр., рис. 27). тромбами и т. д., вызывают
лишь весьма кратковременные изменения погоды, но зато производят
и грандиозные, хотя и ограниченные гораздо более ограниченною пло¬
щадью, разрушения. Предсказать их образование и их движение будет
вряд ли возможно даже в отдаленном будущем, так как для этого
нужна бы была такая густая сеть метеорологических станций и такие
непрерывные наблюдения, что затрата на организацию и содержание
их превысила бы значительно убытки, наносимые от времени до вре¬
мени этими все равно непредотвратимыми грозными явлениями
природы. Наоборот, расходы на содержание сети метеорологических
станций со средним расстоянием в 20-30 км, на срочное соби¬
рание сведений с них областными и центральными геофизическими
учреждениями и на срочную обработку этих сведений в целях пред¬
сказания погоды с лихвой окупаются каким-нибудь своевременным
предсказанием даже одного в год заморозка, благодаря чему будут
приняты меры к предохранению фруктовых деревьев, виноградников и
даже огородов, или даже одного в год шторма, благодаря чему будет
задержан выход в море ряда судов и т. п.

ПРИРОДА
“люди
Книга 2я
1928 г
ФРИТИОФ
НАНСЕН
СРЕДИ ТЮЛЕНЕЙ и
Белых Медведей
ежемесячное приложение
к журналу "вестник знания"
поляисчики журнала „Вестник Знания", не подписавшиеся иа прило¬
жение „Природа и Люди", могут получить означенное приложение
я 12 книгах за доплату 4-х рублей.

Цена 50 коп.
Жертвы дракона. Повесть из жизни перво¬
бытных людей. В. Тан-Богораз. 160 стран.
Автор широко пользуется своими личными наблю¬
дениями над бытом чукоч и других народов Крайнего
Севера Сибири и дает ценные литературные справки
о жизни современных эскимоаов. первобытных герман¬
цев, гуннов, скифов и т. д.
По следам первобытного человека. Экспе¬
диция в Центральную Азию. Р. Ч. Эндрьюс.
112 стр. С рис.
В книге дается живое описание последней экспе¬
диции, снаряженной под руководством Эндрьюса вглубь
пустынь Центральной Азин. Обилие найденных экспе¬
дицией ископаемых остатков пресмыкающихся проли¬
вает яркий свет на историю расселения животных по
лицу земли.
Беседы охотника за растениями. К. К.
Серебряков. 96 стр., с рис.
На ряду с главами, посвящёнными интересным
биологическим загадкам растительного мира (растения
ловушки и капканы, живоеды или хищные растения)
движущиеся растения, засыпающие и просыпающиеся
растения, "умирающие" и „воскрешающие" растения,
светящиеся и вспыхивающие растения, растения:
„водолазы" и „авиаторы", стреляющие растения и т. д.),
читатель найдет в этой книге и главы, дающие ряд
ценных, практически полезных сведений (главы:
„Дикорастущие овощи". „Ядовитые растения", „Расте¬
ния -целители", Растения барометры, компасы и др.).
Кинга изобилуют набросками личных впечатлений
автора, добытыми в скитаниях „охотника за расте¬
ниями" по субтропической полосе черноморского по¬
бережья Кавказа. Крыму и полупустынным нагорьям
Турецкой Армеини.
Через тысячу дет. Научно-фантастический
роман. Инж. В. Д. Никольского. 112 стран.
Успехи техники и научные завоевания последних
лет в корне изменили весь уклад жизни культурного
человечества. Трудно подчае поверить, читая журналы
и книги хотя бы средины прошлого столетия, что ведь
это наше „вчера" — настолько поражает размах и мощь
материальной культуры нашего „сегодня". Что же
можно подумать тогда о завоеваниях „завтра"?
Автор пытается, на основе точной науки и совре¬
менных достижений техники,—поднять завесу того
будущего, которой ожидает человечество в его вечном
стремления к счастью.
Из Камчатки в Америку. Быт и нравы
камчадалов в XVII веке. Г. В. Стеллер.
112 стр. С рис.
„Описание земли Камчатки" А. Стеллера адъюнкта
Российской Академия Наук, было напечатано впервые
на немецком языке в 1774 г. Правдивый и наблюда¬
тельный автор зарисовал нам быт камчадалов, в па¬
мяти которых в то время еще живы были те ужасы,
которые им пришлось вывести от наших русских
конвиетадоров—каааков.
На русском языке „Описание Камчатки" А. Стел¬
лера появляется впервые. Только что истекшее двух¬
сотлетие открытия Беринга, спутника и сподвижника
Стеллера, является достаточным поводом для появле¬
ния в свет настоящей книги.
Под маской араба. Э. Клиппель. 90 стр.
Автор рассказа по профессии врач, служа в
Египте, изучил язык арабов, их нравы и обычаи.
Переодевшись бедуином под видом паломника-мусуль¬
манина, предпринял довольно рискованное путеше¬
ствие на верблюде от Каира до Моссула, проникнув
в маета обитании загадочной секты огнепоклонников—
козидов. Все путешествие описано в беллетрпстнче¬
ской форме, чередуясь с трагическими эпизодами.
Через три океана. А. Ингеерсен. 96 стр., с рис.
Путешествие троих датчан „Через три океана"
представляет особого рода интерес. Оно описано но
ученым исследователем, ие профессиональным путе¬
шественником, а заурядным образованным человеком,
который бесхитростно, даже не думая об искусствен¬
ной завлекательности изложения, интересно расска¬
зывает о веем пережитом, виденном и слышанном за
время долгого странствования но трем океанам на
сорокафутовом суденышко.
Только при взгляде па карту, на которой отмечен
громадный путь, пройденный Ингверсеном, можно
оценить это безумное по смелости, безмерно тяжелое
по испытаниям, небывалое путешествие.
От полюса до полюса. Свен Годин. 128 стр.
книжка представляет собой извлечение из трех¬
томного труда известного путешественника к географа
Свен Гедина, который предназначен автором для лиц,
желающих восполнить свое образование я расширить
географические познания. Он затрагивает все части
света и дает описание важнейших экспедиций.
В русском извлечении опущены те экспедиции,
которые являются общеизвестными, но зато дополнено
специально написанными для русского издания очер¬
ками: открытие северного полюса, открытие южного
полюса н Русский отшельник на Новой Гвинее (Мн¬
клуха-Маклай).
Главное место в книге отведено путешественнн¬
кам-пионерам, из которых многие пожертвовали
жизнью в своем непреклонном стремлении к знанию.
В стране каннибалов. М. Тэйлор. 96 стр.,
с рис.
Описание экспедиции Тэйлора, приведшей не¬
сколько месяцев среди антропофагов Новой Гвинеи,
изложено автором этой книги в ярких, живых воспо¬
минаниях.
... Мне удалось, пишет автор, побывать в самых
сокровенных местах чернокожей Папуасии, страны
чудес, куда не ступала нога белого человека, и вос¬
поминания об этой стране никогда не изгладятся и
моей памяти. Даже теперь, когда десятки тысяч миль
разделяют нас, я не могу порой отделаться от кош¬
мара, в котором я снова переживаю дни и ночи, про¬
веденные в Папуасии в постоянном напряжения.
средн ежеминутных потрясений я неожиданностей.
Соседи северного полюса. Э. Миккельсен.
96 стр., с рис.
Холодный, угрюмый север манил к себе исследо¬
вателей не менее, чем благодатные страны тропиче¬
ского пояса. В последнее время особенно посчастливи¬
лось в этом отношении Гренландии. Достаточно на¬
звать также всем известные имена, как Нансен, Амуд¬
сен, Мнккельсен.
Автор настоящей книги, датчанин Эйнар Мнккель¬
сен, дал живое, яркое описание природы угрюмого се¬
вера с его величественной красотой и богатствами.
Экспедиция относится к 1924—1926 гг.
В девственных лесах Амазонки. Э. Лэндж.
96 стр., с рис.
В последнее время в связи е громадным спросом
индустрии, бассейн верхней Амазонки привлек к себе
внимание предпринимателей своими каучуковыми де¬
ревьями. Добыча каучука в достаточной мере возна¬
граждает те лишения, которые приходится переносить
людям в этих неизвестных дебрях. Книга Эльгота
Лэнджа развертывает перед читателем картину девст¬
венной природы этой страны и вместе рисует те чрез¬
вычайно тяжелые условия, в которых приходится жить
здесь людям, привыкшим к культурной обстановке.
Дни в джунглях. Из дневника натура¬
листа. Вильям Биб. 88 стр., с рис.
Мировая известность автора, совмещающего в
своем лице достоинство крупного ученого с талантом
поэта, явилась причиной создания этой книги. Книга
Биба имеет то преимущество перед многими другими,
что она совмещает четкую наблюдательность ученого
натуралиста с красотой и чуткостью восприятия и опи¬
саний поэта. И полный чудес мир джунглей вырастает
перед читателем в освещении поэта,рассказывающего
о его тайнах с точностью и обстоятельностью ученого.
Весьма редкое, но прекрасное сочетание.
Цена каждой книги в переплете 75 коп., с лерес. 1 руб При требовании всех 12-ти книг
пересылка бесплатно
Изд-во „П. П. Сойкин" Ленинград, 25, Стремянная, д. № 8.
ПЕРЕЧЕНЬ КНИГ, ВЫШЕДШИХ В 1927 г.
ПОД ОБЩИМ ЗАГЛАВИЕМ
„ПРИРОДА и ЛЮДИ"