Александр Филиппов-Чехов - Александр фон Гумбольдт. Вестник Европы

• Название: Александр фон Гумбольдт. Вестник Европы
• Автор: Александр Филиппов-Чехов
• Жанр: Биографии и Мемуары
• Год: 2015
• ISBN: 978-5-9906440-0-7

Александр фон Гумбольдт – знаменитый немецкий ученый, сделавший важнейшие открытия в геологии, географии, горном деле, метеорологии, астрономии, физике, химии, физиологии, зоологии, сравнительной анатомии, археологии, этнографии, истории. Современники называли его Аристотелем XIX века. Совершив в 1799-1804 гг. масштабную экспедицию в Новый Свет, он заслужил звания «истинного первооткрывателя Америки». В 1829 г. по приглашению Николая I Гумбольдт отправился в экспедицию в Россию, в течение нескольких месяцев исследуя нашу страну от Санкт-Петербурга до Алтая.

---

Не менее интересны опыты Гумбольдта над низшими растительными организмами – грибами. Он доказал, что они представляют замечательную противоположность с высшими, именно: они выдыхают из себя не кислород, а водород, следовательно разлагают принимаемую ими воду на ее составные части, из которых они удерживают только одну – кислород, а равно принимают углерод из углекислоты.

К веществам, отделяемым растениями, Гумбольдт относит кроме газов водяные испарения, слизь и эфирные масла. Последние обусловливают запах многих растений. Исходя из корешков, по преимуществу ночью, масла эти действуют нередко вредно на окружающие их другие растения, чем объясняется наблюдение, что по соседству с такими растениями не растут другие и они встречаются совершенно изолированными.

Против этой теории выделений из растений путем корней, как утверждал Гумбольдт, справедливо возражали, что если бы она была справедлива, то мы должны бы найти в почве, на которой стоит какое-нибудь дерево в продолжение нескольких сот лет, заметное количество этих выделений. Опыт, однако, этого не подтверждает. Обстоятельство же, что в соседстве некоторых растений не растут другие, можно просто объяснить тем, что корни первых, распространяясь, потребили все питательные вещества, необходимые для последних, или тем, что последние лишены в тени первых необходимого света.

Упомянем вкратце об исследованиях Гумбольдта над химическим составом воздуха.

Во все продолжение средних веков, до самого конца XVIII в., взгляд на состав окружающей нас атмосферы отличался немногим от очень поверхностного взгляда древних на этот предмет. Пристли во время занятий своих, о которых мы упоминали выше, заметил, что посредством дыхания 1/5 часть воздуха изменяется в другой газ (углекислоту, которую он называл «неизменным воздухом»), поглощаемый известковой водой и что остающийся затем остаток атмосферного воздуха негоден для дыхания и не в состоянии поддерживать горения. Исследуя свойства исчезающего при дыхании воздуха, Пристли добыл его из окиси ртути и нашел, что все вещества сгорают в нем гораздо живее, нежели в обыкновенной атмосфере. С 1775 г. он защищает положение, что этот газ только и поддерживает дыхание и горение; что он и есть чистый, свободный от флогистона, следовательно, как выражались тогда, дефлогистированный воздух, и что он смешан в атмосферном воздухе с другим, который он называет флогистированным. Здесь, значит, впервые встречаем положение, что атмосферный воздух состоит из двух совершенно противоположных газов, состоящих друг к другу в отношении 1:4 по объему. Именем флогистона называлось в господствовавшей тогда теории Шталя невесомое вещество, которое входит в состав всех сгораемых тел и улетучивается при их горении. Следовательно, по этой теории, тело не сгоревшее было соединением этого флогистона с тем, что оставалось после горения, золой. Воздух, по преимуществу способный облегчать выход флогистона, должен был при сгорании какого-нибудь тела сам заключать немного этого флогистона, чтобы иметь возможность больше воспринять его, следовательно, он был дефлогистированным, между тем как воздух, не поддерживающий горения, был флогистирован.

К подобным результатам пришел почти одновременно с Пристли и другой химик, Шееле, хотя совершенно иным путем.

Хотя оба ученые были приверженцами флогистической теории, но они же подготовили ее падение. Лавуазье строит противоположную ей теорию, антифлогистическую, не признающую флогистона или принципа сгораемости, который и при сгорании не улетучивается. Напротив, то, что Пристли называл дефлогистированным воздухом, есть простой элемент, тело, не разлагаемое далее известными доселе средствами, принимающее вместе с теплородом газообразный вид, одним словом, это – кислород, открытие которого обусловило все последующие успехи химии со времен Лавуазье. По учению его, горение не есть, как учили его предшественники, отделение двух тел – флогистона от остатка, но напротив, соединение двух тел, кислорода с горящим телом. Понятно, что новое учение, так диаметрально противоположное прежнему, вызвало жаркие споры между так называемыми флогистиками и антифлогистиками; споры кончились победой последних и признанием, что другая часть атмосферного воздуха, не поддерживающая горения и носившая прежде название флогистированного воздуха, есть самостоятельный химический элемент – азот.

Вслед за решением главного спорного пункта следовало решить другой – в каком количественном отношении обе составные части атмосферного воздуха находятся друг к другу? Подобное определение известно в химии под именем эвдиометрии. Результаты, добытые в конце XVIII в. разными химиками насчет количественного состава воздуха, не согласовались между собой. Шееле принимал, что воздух содержит 27% кислорода (по объему); Лавуазье – 1/4, потом 1/5 объема его, допуская еще разные колебания против этой нормы. Кавендиш не признавал вообще никаких колебаний, утверждая, что кислород занимает всегда в воздухе 20,84% по объему.

Гравюра неизвестного автора, XVIII в.

В таком положении находился вопрос, когда Гумбольдт с самого появления антифлогистической теории ставший под ее знамя, принял участие в споре, волновавшем современных химиков.

Метод, к которому Гумбольдт обратился, состоял в ведении окиси азота в исследуемый атмосферный воздух. При этом окись эта, соединяясь с кислородом анализируемого воздуха, образует более высокое соединение азота, чем прежнее, азотистую кислоту, которая при присутствии воды разлагается опять на азотную кислоту, самое высшее соединение кислорода с азотом, растворяющееся в воде, и на окись азота. Таким образом, при этом процессе кислород, находящийся в исследуемом воздухе, расходуется на образование азотной кислоты. Чем больше ее образовалось, тем больше, значит, было в этом воздухе кислорода, но вместе с тем, тем более исчезнет воздуха из сосуда, его заключавшего, ибо кислород, равно как и часть окиси азота, исчезли, и из количества исчезнувших газов мы можем заключить о большем количестве кислорода, если мы из предварительных опытов с газами известного процентного содержания кислорода знаем, сколько частей исчезнувшего воздуха мы вправе отнести на счет кислорода и сколько на счет окиси азота.

Опыты этого рода производятся обыкновенно в цилиндре, который наполнен исследуемым воздухом и один конец которого герметически закрыт, а другой конец опущен под ртуть. Деления, находящиеся на стенках этого стеклянного колпака, позволяют непосредственно учитывать количество исчезающего воздуха, или вернее, составной части его. Понятно, что при этом необходимо обратить внимание на окружающую температуру и состояние барометра, так как этими двумя факторами тоже обусловливается пространство, занимаемое в стеклянном колпаке воздухом; чистота употребленной окиси азота, ее растворимость и разлагаемость в воде, ширина употребленного цилиндра или колпака, – все это также оказывает влияние на исчезновение газов и на самое вычисление.

Определением всех этих влияний на результат опытов Гумбольдт занялся прежде, чем обратился к ним самим. Мы не имеем возможности следить здесь за подробностями его исследований, и если в беглом очерке указываем на метод их и главные выводы, то делаем это только с целью указать, чем обязана современная наука Гумбольдту и по какому тернистому пути приходится идти служителям ее, чтобы добывать результаты, пользоваться которыми реже всего приходится самому труженику; общество же, наслаждающееся ими, в большей части случаев не знает даже и имени их.

Исследования Гумбольдта привели его к тому результату, что объем воздуха, исчезнувшего из-под эвдиометра (стеклянного колпака) после введения в него окиси азота, разделенный на 3,55, даст количество прежде заключавшегося в нем кислорода.

Кроме изложенного выше способа измерять содержание кислорода в атмосферном воздухе, существуют еще другие. Один из них, так называемый эвдиометрический при посредстве фосфора, основанный на определении количества кислорода посредством изменения убыли его при сгорании фосфора в воздухе известного объема, Гумбольдт тоже употреблял для контроля результатов, добытых первым методом. При этом оказалось, что результаты обоих методов не согласовались вполне; величины, даваемые первым методом, были значительнее даваемых последним. Исследуя причины этого, Гумбольдт открыл, что фосфор есть очень ненадежное средство для эвдиометрических целей, так как он не поглощает всего кислорода воздуха.

Окружающая нас атмосфера заключает, кроме кислорода и азота, еще газ, известный под именем углекислоты, соединения углерода с кислородом. Источники происхождения ее очень разнообразны: вулканы, минеральные ключи, процесс сгорания, дыхание, брожение и проч. Несмотря на необыкновенно важную роль, которую играет этот газ в экономии природы, он был так мало исследован, что до конца XVIII в. ему давали различные наименования смотря по источнику его происхождения, хотя в сущности это была одна и та же углекислота. Как только определение его химического состава было сделано гениальным Лавуазье, ученые стали исследовать его количественно, что было нелегко, так как присутствие этого газа в атмосфере при нормальных условиях ее весьма незначительно. И Гумбольдт при помощи особенного, им изобретенного аппарата (антракометра), делал обширные опыты и исследования. Но человеку с его складом ума было недостаточно решать детальные вопросы; он никогда не упускал из виду общих взглядов, для которых первые были только вспомогательным средством, и искал применения их к разных частям естествознания. Вот, например, какими задачами он задался при своих исследованиях над углекислотой: каково обыкновенное количество ее в атмосфере, каковы maximum и minimum ее? Не больше ли оно в теплом поясе, нежели в умеренном и в холодном? Не уменьшается ли количество углекислоты в зимние месяцы против летних? На горах в сравнении с равнинами? Нет ли отличий относительно содержания ее в воздухе ночью и днем? В открытом море и в лесах? Все эти вопросы были впервые поставлены Гумбольдтом и над решением их он трудился многие годы. Рассмотрев источники углекислоты в воздухе Гумбольдт переходит к исследованию ее количества и распространения. Maximum первого, по его опытам, доходит до 1,8, minimum 0,5%; средним числом из многих опытов – 1,5%. Последнее, т. е. распространение углекислоты, найденной Соссюром даже на Монблане, заставляет Гумбольдта утверждать, что она вовсе не случайная составная часть воздуха, но нормально в нем встречающаяся, вследствие своего химического притяжения к кислороду подымающаяся на такие высоты, до которых она без этого предположения не могла бы подняться, вследствие своей тяжести. Так как, говорит он, составные части воздуха – кислород, азот и углекислота – представляют различную плотность, то, судя по аналогии капельно-жидких тел, эти три газа должны бы занимать в атмосфере разные слои: внизу – должна бы находиться углекислота, над ней – кислород, а над ними – азот, между тем как мы видим противное: все три газа представляют смесь. Явление это, загадочное в то время, когда Гумбольдт делал свои опыты, объяснено теперь Дальтоном (именем которого открытый им закон и назван в науке). Дальтон доказал, что газы, находящиеся в известном пространстве, наполняют его как будто оно заключает не смесь их, а каждый отдельно. Так, каждый газ, по закону Дальтона, образует особую атмосферу, которая проникнута атмосферами других газов, заключенных в одном с ним пространстве. Поэтому место, освободившееся в смеси газов от удаления одного из них, играет роль пустого пространства, занимаемого оставшимися газами, восстанавливающими прежнее отношение смеси. Незнакомый с этим законом, Гумбольдт объяснял присутствие углекислоты на значительных высотах химическим притяжением между собой составных частей воздуха. Этим же предположением он объяснял и присутствие водяных паров в высших слоях атмосферы. Впрочем, он не предполагал притяжения этого неизменным и даже не считал его так значительным, чтобы оно могло исключить возможность различного состава воздуха в близко друг другу лежащих местностях. Он приписывал степень этих изменений количеству водяных паров, находящихся в воздухе, и первый обратил внимание на необходимость при определении количества углекислоты обращать внимание на многие посторонние обстоятельства, казавшиеся прежним исследователям совершенно безразличными. Что количество находящейся в воздухе углекислоты найдено им несколько значительнее, чем принимаемое в настоящее время, это объясняется тем, что тогда не умели так хорошо, как теперь, освободить воздух от водяных паров, и кроме того, как Гумбольдт, так и другие его современники, тоже нашедшие слишком высокие цифры для углекислоты в воздухе, анализировали чересчур небольшие количества воздуха, которые не могут дать верных результатов.