Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №38/1999
В древности утверждали, что морская вода – прародитель всего живого на Земле. В египетских мифах о мироздании говорится, что вначале не было ни Неба, ни Земли, а Вселенную, окруженную густым мраком, наполняла сплошная вода [1]. Первые поселения часто располагались рядом с морем, и, наблюдая за ним, человек видел, что морская вода определенным образом воздействует на металлы, а после ее испарения остается «земля» (соли).

Древнегреческие ученые сравнивали море с организмом человека, пытаясь тем самым объяснить различные процессы, протекающие в морской среде, например испарение рассматривалось как выделение пота и т. д.

Выдающиеся мыслители древности – Платон (ок. 427 – ок. 347 до н. э.) и его ученик Аристотель (384–322 до н. э.) – уделяли морской воде большое внимание.

Аристотель утверждал, что соли морская вода получает в процессе ее фильтрации через слои земли, подобно пресной воде, способной вымывать различные химические компоненты из золы.

Как известно из сохранившихся документов, своими мыслями Платон делился с учениками во время прогулок по живописному побережью близ Афин. Его представления о мире сформировались в философскую систему, которая господствовала более двух тысячелетий. В основе его системы мироздания лежали четыре стихии: огонь – воздух – вода – земля (рис. 1).

Рис. 1. Представление Аристотеля об элементах и качествах

В научных трудах Платона воде отводилась важнейшая роль. В трактате «Тимей» он утверждал, что стихия, называемая водой, сгущаясь, превращается в камни и землю, но она может стать ветром и воздухом, а воспламенившийся воздух – огнем.

Эти фантастические рассуждения кажутся теперь наивными и смешными, но не спешите улыбаться. Именно так рождались идеи, раскрывающие происхождение различных явлений в природе, и делались первые попытки найти между ними взаимосвязь. А главный вопрос, который волновал человечество в древности, да и теперь не меньше: «Откуда мы?»

Чем дальше человечество уходит от философов древности, тем больше вопросов ставит перед нами окружающий нас мир.

Вот и приходится вспоминать знаменитое восклицание: «Воистину вода лучше всего!» Принадлежит оно греческому философу Фалесу из Милета (ок. 625 – ок. 547 до н. э.), который считал, что в основе всего многообразия явлений и вещей лежит вода. Он, очевидно, был первым, кто отметил необычайность ее физических свойств и, сравнивая с другими веществами природы, указал на способность воды существовать в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном.

Представления Фалеса, несомненно, нашли отражение в трудах Платона и его ученика Аристотеля. Сочинения Аристотеля охватывали практически все области тогдашнего знания. Его интересовали вопросы движения воды, ее роль на планете; в его трактатах можно найти и некоторые идеи, приближающие его к пониманию важной проблемы – круговорота воды в природе.

Древнегреческий философ, поэт и врач Эмпедокл из Агригента (ок. 490 – ок. 430 до н. э.) и его соотечественник Демокрит (ок. 470 или 460 до н. э. – умер в глубокой старости) из г. Абдера (Фракия) считали, что, подобно процессу потения, море следует рассматривать как испарину на поверхности земли под лучами солнца.

Римский ученый Плиний Старший (23 или 24 – 79 н. э.) в трактате «Естественная история» высказал идею, объясняющую соленость морской воды. Он утверждал, что благодаря солнцу из воды удаляются пресные компоненты, и поверхностные воды становятся солеными. Однако, по его мнению, глубинные морские воды отличаются слабой соленостью и переходят в пресные. Такая точка зрения просуществовала много веков, пока человек не создал приборы, способные отбирать пробы воды с любой глубины, так называемые батометры.

Множество гениальных идей высказал римский философ Сенека Луций Анней (ок. 4 до н. э. – 65 н. э.)1. Он суммировал эмпирические взгляды древних в трактате «Проблемы естествознания» и утверждал, что первоначально в мире был хаос. Вещества, по его мнению, растворенные в морской воде, в океане, стали разделяться в течение времени и послужили источником зарождения жизни. Он писал, что соленость морской воды и уровень океана сохраняются постоянно, а существенная прибавка воды из рек в моря компенсируется испарением. Он был весьма наблюдательным естествоиспытателем и отмечал, что в термальных водах растворенные вещества выпадают в осадок и можно наблюдать отложение известняка и других материалов. Сенека обратил внимание на то, что выветривание горных пород приводит к образованию мелей в реках, а с речными водами эти материалы поступают в моря, образуя дельту реки. Он был убежден (и правильно), что вода способна растворять самые твердые горные породы.

Ученый сделал первую попытку классификации вод на научной основе:

1. Океанические воды. Они существовали с самого начала и составляют основную часть природных вод. Из этих вод образовались все другие воды на Земле.
2. Подземные воды. Они циркулируют в грунте и почве; выходят на поверхность в виде источников.
3. Текущие или стоячие воды на поверхности земли. Из них состоят реки, озера и другие водоемы.
4. Воды атмосферы. К ним относятся дождевая вода, снег, иней, роса и т. д.

Римский архитектор и инженер Марк Витрувий, живший во второй половине I в. до н. э., расcмотрел в трактате «Десять книг об архитектуре» наряду с градостроительством вопросы круговорота воды. Он утверждал, что испаряются легкие и полезные для здоровья частицы воды, а тяжелые и грубые остаются.

Испарения морей, рек, источников и болот под действием солнечного тепла сгущаются и образуют облака, поддерживаемые «волной воздуха». При движении они наталкиваются на горы, и вследствие удара выпадают осадки.

Происхождение горячих и холодных источников Витрувий объяснял процессами воспламенения в недрах Земли различных веществ, таких, как квасцы, горная смола, сера и т. д. Они разогревают землю, и протекающая поблизости подземная вода нагревается. Если вода долго течет под землей, то она успевает охладиться, но вкус, запах и цвет оказываются испорченными за счет растворенных пород. Эти взгляды получили широкое распространение и просуществовали вплоть до XVIII в.

Таким образом, римские ученые внесли много рационального в представления о происхождении природных вод, хотя множество идей они заимствовали у греческих философов. Такие мыслители древности, как Плиний, Сенека, Витрувий и другие, обладали прежде всего энциклопедическими познаниями, и созданные ими многотомные трактаты стали документами величайшей ценности, сохранившими до наших дней «дела и мысли» древних естествоиспытателей.

Впервые столетия нашей эры возник и получил развитие своеобразный феномен человеческой культуры – алхимия. Ее крупнейшие представители стремились соединить моменты умозрительных философских построений с практическими знаниями о природных явлениях, и все это делалось ради того, чтобы найти так называемый «философский камень», превращающий неблагородные металлы в золото и серебро.

Начиная с раннего средневековья, по мере усиления христианской церкви, значительно сократились исследования природных явлений, процессов и закономерностей, наблюдаемых в окружающем мире. По существу, все области знания, кроме теологии, остановились в своем развитии.

Изучение природных вод затухало и почти утратило реальные основы – практический опыт – на целое тысячелетие (V–XVI вв.).

Алхимия зародилась в Египте в III–IV вв. н. э., достигла расцвета в Западной Европе в IХ–XVI вв. Развитие многих отраслей научных знаний было таким образом ограничено своеобразным табу.

Представления, сложившиеся веками под влиянием суеверных и религиозных воззрений на окружающий человека мир, становились серьезным препятствием для правильного понимания и истолкования наблюдаемых явлений природы в эпоху средневековья.

Накопленные знания о природных водах, пресных и морских, имели часто путанный, очень расплывчатый характер. Не было ясности вплоть до XVII в. относительно разграничения пресных и соленых вод; полагали, что в природе наблюдаются их взаимные превращения. Такой подход, утвердившийся в эпоху Платона–Аристотеля, два тысячелетия отражал суть воззрений многих поколений естествоиспытателей.

Океанические воды, по мнению некоторых авторитетов XVI–XVII вв., с глубиной становятся все более пресными. Эти представления, зародившись в Древней Греции, перекочевали в труды римских ученых и на протяжении многих столетий принимались алхимиками, благополучно дожив до ХVI–ХVII вв.

В XVI в. естествоиспытатели, объясняя постоянный уровень морей и океанов, часто склонялись к гипотетическим представлениям о пористости Земли, полагая, что морская вода заполняет пустоты, проникая в сушу по многим невидимым каналам. Не зная достаточно отчетливо, насколько морская вода отличается по составу от воды соляных озер и других минеральных источников, ученые считали, что подобные явления одного характера, и находили в этом глубокую связь между водами моря и суши.

В этом хотя и ложном понимании явлений нащупывались первые исходные положения, которые формировали или, вернее, начинали формировать представления о единой картине в гидросфере. Но процесс развития знаний о природных водах был медленным, постоянно наталкивался на преграды, для преодоления которых требовалось длительное время.

Даже такие выдающиеся мыслители, как Роджер Бэкон (ок. 1214–1292) и Леонардо да Винчи (1452–1519), не смогли сколько-нибудь заметно повлиять на состояние и развитие знаний.

Огромный интерес Леонардо да Винчи к естественным наукам, его идеи относительно круговорота воды заслуживают особого внимания. Он намечает создать «Трактат о воде», который включает пятнадцать книг, посвященных различным темам. Заглавия этих книг говорят о значительной предварительной работе, выполненной автором. Вот некоторые из них: о самой воде; о море; о подземных потоках; о реках; о природе пучин; о поверхностных водах; о водоворотах; о каналах; о машинах, приводимых в действие водой; о наводнениях; о веществах, находящихся в воде, и т. д.

Последний раздел представляет несомненный интерес, поскольку указывает на первые попытки изучения химической природы воды. Однако осуществить замысел этого фундаментального труда не удалось, но отдельные записи, найденные уже после смерти автора и дошедшие до нас, говорят о том, что его представления о круговороте воды формировались под влиянием древнегреческих и римских философов. Леонардо да Винчи не слепо заимствует все от древних, как это нередко делали в его эпоху, а принимает только самое рациональное и развивает свои идеи о круговороте воды.

В тезисах к задуманному им труду «Трактат о воде» он так формулирует задачи, относящиеся к гидрологии: «Где есть жизнь, там есть тепло, а где есть жизненное тепло, там происходит движение паров. Это не требует доказательств, ибо мы видим, что элемент огня своим теплом притягивает к себе влажные пары и плотные туманы в виде компактных облаков, которые он заставляет подниматься с морей, озер и рек, из сырых долин; пары эти постепенно поднимаются до области холода, и здесь первая часть их останавливается, потому что тепло и влажность не могут существовать рядом с холодом и сухостью, к первой части одна за другой присоединяются все остальные, и так образуются плотные темные облака. Носимые ветром, они соединяются в большие массы и становятся настолько тяжелыми, что низвергаются сильным дождем, а если силу элемента огня умножает жар солнца, облака притягиваются еще выше и встречают там еще больший холод, в котором образуют лед и снег, и тогда они низвергаются бурями с градом. То же самое тепло, которое удерживает тяжелые массы воды, дождем падающей из облаков, заставляет ее подниматься с подножия гор вверх, достигать вершин и, найдя какие-нибудь расселины, изливаться из них, образуя таким образом реки» [2, с. 106, 107].

Выдвинутая здесь концепция круговорота воды вполне приемлема и не расходится с современными представлениями.

Соленость морской воды он объяснял вымыванием соляных отложений, которые в большом количестве поступают в океан вместе с речным стоком. А по мере испарения соленость морской воды возрастает. Он был убежден в том, что соленость на протяжении длительного периода повышается; это ошибочное представление было заимствовано у древнегреческих ученых.

Другой яркой фигурой, значительно опередившей свой век оригинальными концепциями, был Б.Палисси (1510–1590). В книге «Достославные рассуждения», изданной в 1580 г., он писал: «...Воды, падающие на горы, все время стекают вниз по поверхности земли и трещинам и не останавливаются, пока не достигнут места, прегражденного тесно сомкнувшимися камнями или скалами. Здесь воды скапливаются на дне и, найдя какое-нибудь русло или отверстие, вытекают в виде родников, ручьев или рек, в зависимости от размеров отверстия и водоема; а поскольку такой источник не может (действуя против своей природы) подняться в гору, он спускается в долину. И, хотя вначале такие ручьи, спускающиеся с гор, не очень велики, они постепенно увеличиваются в размерах и умножаются в числе...» [2, c. 117].

Палисси утверждает, что только так образуются реки и источники. По его мнению, нет надобности искать других причин, которые часто далеки от истины, поскольку не опираются на опытные наблюдения, а исходят от гипотетических соображений, подобных существованию тартара2 и т. д.

Идеи Палисси, которые нам кажутся такими приемлемыми и естественными, в его эпоху нередко шли вразрез с религиозными представлениями и противоречили Священному писанию. Возникавшие конфликты с церковью часто оборачивались трагическим финалом для свободно мыслящих ученых.

Говоря об изучении природных вод в XVI в. нельзя не упомянуть немецкого ученого Г.Агриколу (настоящая фамилия Бауэр, 1495–1555). Он высказал ряд соображений о происхождении грунтовых вод и считал, что совместное действие дождя и сгущение паров внутри земли приводит к образованию рек и источников.

Во всех своих работах ученые ХVI в. отстаивали экспериментальный метод. Леонардо да Винчи выразительно сказал об этом, слова его звучат как призыв к будущим поколениям исследователей: «Мудрость – дочь опыта... Никакие человеческие знания не заслуживают названия науки, если они не подтверждены математическими доказательствами. Если же вы утверждаете, что могут быть истинные знания, возникающие и окончательно складывающиеся лишь в сознании человека, то с этим не только нельзя согласиться, но надо оспаривать по многим причинам. И, прежде всего, потому что в подобных умственных упражнениях не участвует опыт, а без него ничто само собой не достигает достоверности» [2, c. 125].

В средние века человечество интенсивно осваивало океанские просторы. Каравеллы великих мореплавателей стали проникать в самые отдаленные акватории на Земле. Выдающиеся географические открытия прокатывались широкой волной ликования в Европе. Подумать только, из небытия возникали целые континенты, загадочные, неописуемо красивые и сказочно богатые.

Люди, живущие там, сохраняли первобытно-общинный строй и совершенно не ценили то, что в Европе было главными предметами алчного стяжательства. Они владели несметными богатствами: золотом, серебром, драгоценными камнями, ювелирными изделиями высочайшего качества и красоты...

Они не ценили щедрости природы и черпали из ее переполненных в то время недр все в таком избытке, который европейцам даже не снился.

Первые появившиеся в заморских странах европейцы использовали для личного обогащения хитрость, обман, насилие; даже елочные украшения выменивали на золотые изделия.

Каравеллы Христофора Колумба (1451–1506) ушли на запад в поисках кратчайшего пути в Индию. Они пересекли Атлантический океан и 12 октября 1492 г. достигли острова Сан-Сальвадор (официальная дата открытия Америки), далее были открыты Багамские острова, Куба, Гаити.

В последующих экспедициях в 1493–1496, 1498–1500, 1502–1504 гг. удалось открыть Большие Антильские острова, часть Малых Антильских и побережья Южной и Центральной Америки.

Великий португальский мореплаватель Васко да Гама (1469–1524) отправился из Лиссабона на восток, а не на запад в отличие от Магеллана в поисках пути в Индию. Он обогнул Африку, пересек Индийский океан. Экспедиция продолжалась с 1497 по 1499 г. и, несмотря на шторм и бури, достигла Индии.

Счастливые мореплаватели, загрузив каравеллы пряностями и драгоценными металлами, вернулись в Португалию.

Многие выдающиеся кругосветные плавания вносили крупные изменения в географическую карту, способствовали развитию более глубоких представлений об окружающем мире.

Английский ученый Роберт Бойль (1627–1691) был первым, кто провел опыты по изучению морской воды, заранее поставив себе конкретную цель: установить ее соленость, проведя количественные опыты.

Бойль стоял у истоков правильного понимания относительного постоянства солевого состава морской воды. Проводя множество опытов по выпариванию проб и взвешиванию сухого остатка, он интуитивно понимал, что этот путь исследований не приведет к желаемым результатам (позднее стало известно: улетучиваются газы – СО2, N2, CO и т. д.), и предложил находить соленость расчетным путем, исходя из определения плотности морской воды с помощью гидрометра (ареометра).

Изучая различные природные явления, Бойль все чаще убеждался в том, что учение Платона–Аристотеля не дает правильного объяснения существующим на Земле процессам.

Морскую воду Бойль рассматривал как весьма устойчивый многокомпонентный раствор, полагая, что концентрация растворенных солей не подвержена существенным изменениям. Он ясно представил, что какая-то часть солей поступает вместе с речной водой, а также при растворении донных отложений и морских берегов.

Бойль пришел к очень важному выводу о наличии равновесия в распределении вещества на Земле:

вещество
суши

¬
®

вещество   гидросферы.

Это равновесие, так же как основное равновесие воды, играет важную роль в геохимии нашей планеты.

В первой половине XVIII в. натуралисты не имели представления о химической природе пресных, минеральных и морских вод и нередко утверждали, что в море соли содержатся в поверхностном слое, а с глубиной вода становится все менее соленой и даже пресной.

Такая гипотеза базировалась не на практических исследованиях, а на умозрительных заключениях, которые приходят в противоречие при обсуждении практических результатов.

Первые наиболее точные исследования солености морских вод провел выдающийся итальянский ученый Л.Ф.Марсильи (1658–1730), опубликовав обширные трактаты в 1711 г. и 1725 г.

Вот что пишет издатель Х.Боерхава в предисловии к голландскому изданию знаменитой книги итальянского ученого «Физическая география моря» (настольная книга адмирала С.О.Макарова), вышедшей в Амстердаме в 1786 г. уже после смерти автора: «Это редкое и удивительное дело, когда автор находится не в своем кабинете, а в открытом море, не в тишине и одиночестве, а там, где легко расстаются с жизнью. Сколько тревог и трудностей ему пришлось преодолеть, чтобы написать эту работу, которой он посвятил годы с 1680 по 1725. Берите и пользуйтесь всем, что собрано с такими большими усилиями, напрасно вы будете искать что-либо в других местах, только в этой работе вы найдете огромное количество сведений»
[3, с. 352].

Эти слова могут быть отнесены ко многим исследователям морей и океанов, но в первую очередь – к нашему знаменитому соотечественнику адмиралу Степану Осиповичу Макарову (1848/1849–1904).

Продолжение следует

В.В.Синюков