Материал: Федосеев, Иван Андреевич (1909-1998). Развитие гидрологии суши в России

Свои знания в области гидравлики и гидрологии Леонардо да Винчи с успехом применял в практической деятельности по строительству каналов на севере Италии — в Ломбардии — и

во Франции. Ломбардия была тогда по гидротехническим ра­

ботам самой передовой областью не только в Италии, но и во всей Западной Европе. Строительство судоходных каналов на­

чалось здесь еще в XII в. За время с 1438 по 1475 г. только в Милане было построено до 90 км судоходных каналов с 25 шлю­ зами. Леонардо да Винчи руководил в 1494—1498 гг. строитель­

ством одного из каналов Милана. Известны проекты и многих

других каналов, разработанные Леонардо, но не получившие осуществления из-за тогдашней раздробленности Италии. Не получили практического претворения также проекты Леонардо да Винчи по сооружению ирригационных каналов, по осуше­

нию Поптинских болот, соединению французских рек Луары и Соны. По трассам, избранным когда-то Леонардо да Винчи,

прошли каналы в более позднее время, хотя инженеры и не зна­ ли о проектах их гениального предшественника25.

К сожалению, трактаты Леонардо да Винчи по механике жидкости были опубликованы только в начале XX в., т. е. спу­ стя более 400 лет со дня его смерти, и его плодотворный метод физического эксперимента долгое время не получал должного развития в изучении водных потоков.

Уже древние натуралисты заметили мощное действие теку­ чих вод на земную поверхность. Но даже греки, так много сде­ лавшие для познания природы, получив от своих предшествен­ ников довольно скудное научное наследство, не могли еще вы­ работать обобщающего взгляда на текучие воды как на один из главнейших рельефообразующих факторов и подметить зако­ номерности водноэрозионных процессов.

Возможно, только римляне начинают приближаться к тако­

му взгляду. По крайней мере, у Овидия (43 г. до н. э.— 17 г.

н. э.) в его «Метаморфозах» имеется следующее замечание: «Что некогда было равниной, превращается текучей водой в долины, и горы от размывания стали равнинами» 2б.

В годы, отчасти совпадающие с периодом деятельности Лео­

нардо да Винчи, в Германии жил крупнейший ученый того вре­ мени Г. Агрикола (1494—1555). Ему принадлежит немало цен­ ных мыслей о роли воды в процессах преобразования земной поверхности. Г. Агрикола о рельефообразующей деятельности

.94

землю, потом принимаются за более твердые породы, и наконец, уносят даже обломки скал; они благодаря этому могут в не­ сколько лет разрыть до известной степени ровную поверхность поля или наклонный скат; это может заметить даже неопыт­

ный наблюдатель в любой горной местности» 27.

Но потребовалось еще столетие, чтобы наблюдательные ис­ следователи природы могли подметить определенные законо­ мерности, присущие долине и речному руслу. Г. Галилей

(1564—1642) впервые дает определение продольного профиля

реки как вогнутой кривой, при которой в реке устанавливается равновесие между размывающей силой потока и сопротивле­

нием русла28.

Относительно сложности движения жидкости Галилей гово­ рил, что изучение законов движения небесных тел представляет меньшие трудности, чем проходящие перед глазами движения отдельных струй в реке29. Г. Галилей по праву считается вме­ сте с голландским механиком С. Стевином (1584—1620) и фран­ цузским ученым Б. Паскалем (1623—1662) создателем основ учения о равновесии жидкости (гидростатики).

В XVII в. в Западной Европе появляется ряд сочинений,

вкоторых получают отражение многие гидрологические вопро­ сы. К числу крупнейших сочинений середины этого века отно­ сится изданная в 1640 г. в Голландии «География генеральная»

Б. Варения. Вопросы гидрологии трактуются в этом сочинении

вдвух специальных главах: 15-й — об озерах, прудах и боло­

тах и 16-й — о реках.

Вглаве о реках содержатся сведения и о русских реках — Волге, Доне, Днепре. Так, о Волге Варений пишет, что она «из озерка истекает» и прежде чем «в море Каспийское облегчит

себя», «200 или больше источников и рек приемлет». Задаваясь вопросом, почему океан не бывает больше, прини­

мая в себя многие реки, Варений отвечает: «Причина есть: 1. Понеже через подземные окна к источникам рек возвращает­ ся вода из моря. 2. Что премногие влаги из океана возносятся,

которых разсыпаных часть с дождем спадает в самый океан,

а часть на землю» 30.

Однако второму пути расходования воды океаном он придает лишь второстепенное значение. Он оспаривает мнение Аристо­

теля о происхождении подземных вод из воздуха, содержащегося внутри земли, признает ошибочным взгляд тех, кто считает, что.

27 Там же, стр. 90.

28 К. К. Марко в. Основные проблемы геоморфологии. М., 1948. 29 Энциклопедический словарь Гранат, т. 14. М., стр. 484.

80 Б. Варений. География генеральная или повсюдная.» М., 1718,

стр. 142.

«толикое множество паров из моря изъемлется, колико родити-

ся могло бы из воды, которая из рек в море втекает», и согла­ шается с теми авторами, которые считают, что «сколько в море втекает воды из рек, столько земля обратно восприемлет» (там же, 199).

Варений полагал, что основным источником питания рек, наряду с атмосферными осадками, являются воды, поступаю­ щие в реки из моря «через подземные окна». В подтверждение своих представлений он приводит Египет, где мало дождей, нет снегов, а реки имеются. Варений еще не знал, что и питание рек

Египта целиком зависит от атмосферных осадков, а разли­

вы Нила связаны с дождями, выпадающими в Абиссинском на­ горье.

Касаясь извилистости рек, В. Варений считал, что причиной ее может быть само движение воды, «иногда же противолежа­ щие в прямом течении мели» (там же, стр. 214).

Книга Б. Варения, хотя она и содержала некоторые еще ошибочные суждения, в целом представляла собой круп­ ный шаг вперед по сравнению с взглядами, господствовавшими

впериод средневековья. Недаром она, по указанию Петра I и с его участием в редактировании, была издана в 1718 г. на рус­ ском языке и, как говорит известный географ М. С. Боднарский,

служила в России источником научных географических знаний

втечение XVIII и в начале XIX в.

Не совсем правильная трактовка Варением вопроса о круго­ вороте воды в природе объяснялась прежде всего крайней не­ достаточностью фактических данных, а также влиянием пред­ ставлений, перешедших из средневековья. Правда, еще в 1580 г. пытливый парижский гончар Бернар Палисси в своем сочине­ нии «О происхождении ключей из дождевой воды» говорит: «Я долго и тщательно изучал причины образования естествен­ ных ключей и тех местных условий, при которых они образу­ ются, и убедился, наконец, что они все происходят, от дождей и существуют только благодаря дождям» 31. Но взгляд Палисси не мог получить в то время широкого признания и распростра­

нения.

31 Г. М а р ш. Человек и природа, стр. 466.— Марш приводит относя­ щееся к 1855 г. следующее любопытное высказывание французского фи­ зика Ж. Бабине (1794—1872), предлагавшего создание искусственных ключей путем собирания атмосферной воды на песчаных площадках: «Я намерен теперь изложить перед моими читателями способ устрой­ ства искусственных колодцев по плану знаменитого Бернара Палисси, который назад тому триста лет похитил у меня, академика девятнадца­ того столетия, открытие,- стоившее мне стольких трудов. Это одно уже может отбить охоту стремиться к изобретениям, если изобретатель долЖец опасаться похитителей не только . в будущем, ио даже и в прошед­ шем» (там же, стр. 468).

36

Более ста лет спустя такой же взгляд на происхождение грунтовых вод был высказан французским ученым Э. Мариот­ том в его «Трактате о движении вод» (1684).

Для доказательства инфильтрационной теории образования

подземных вод 3. Мариоттом были проведены дождемерные на­ блюдения в Дижоне, а также измерения уровня грунтовых вод в подвалах Парижской обсерватории, которые показали прямую зависимость подземных вод от количества выпадающих атмо­

сферных осадков.

Этот научный вывод Мариотта также не имел на первых порах большого успеха, и знаменитому немецкому ученому

Г. В. Лейбницу пришлось в своей «Протогее» (1693) решитель­

но выступить против средневековых представлений о происхо­ ждении источников и доказывать, что естественная тяжесть воды является единственной силой, действующей при образо­

вании источников. Хотя заимствованный у древних греков до-

аристотелевского периода взгляд, что реки питаются водой

океана, поступающей в них подземными путями, еще в XVIII в.

находил приверженцев, опыты Палисси и Мариотта не прошли незамеченными. Эти опыты, нанесшие неправильному взгляду

па образование источников серьезный удар, снова поставили вопрос о круговороте воды в природе на научную почву.

Со второй половины XVII в. начинается творческая дея­ тельность великого английского ученого И. Ньютона (1642—

1727).

Его важнейшим вкладом в науку о движении жидкости яви­ лась выдвинутая им гипотеза о внутреннем трении в жидкости,

или вязкости. Своей гипотезе Ньютон дал математическое вьь ражение, связав силу внутреннего трения (т) с величиной про­

изводной скорости движения жидкости по глубине при данной температуре:

Гипотеза Ньютона о независимости силы внутреннего тре­

ния в жидкости от давления была подтверждена впоследствии опытным путем. Чтобы подчеркнуть исключительное значение проблемы вязкости движущейся жидкости, скажем, что именно благодаря вязкости происходит передача движения от одного

слоя жидкости к другому, т. е. формирование скоростного поля ламинарного (слоистого, спокойного) потока.

Как уже отмечалось, в 1694 г. во Франкфурте-на-Майне была опубликована книга Мельхиора, содержавшая начала уче­ ния о водах, в которой впервые употребляется термин «гидро­

логия».

37