Кроме газов как составных частей атмосферического воздуха, последний содержит в себе еще изменяющееся количество водяных паров, колебания которого и составляют то, что в обыкновенной жизни называется погодой, между тем как они, вместе с явлениями теплоты, представляют то, что дает наиболее себя чувствовать человеку, который совокупность их обозначает словом: климат.

Что воздух содержит в себе воду, было, конечно, известно испокон века; но сведения древних о том, в каком виде она находится в атмосфере, были очень недостаточны. По общераспространенному мнению полагали, что вода находится в воздухе в растворенном состоянии. Этого мнения был вначале и Гумбольдт. Соединение воды с теплородом (который тогда считали материальным веществом), т. е. водяные пары, принимали за химическое соединение их с воздухом. Соссюр был первый ученый, отнесшийся с недоверием к этой теории, так как он нашел, что в данном объеме всегда находится одинаковое количество воды, с каким бы газом она ни находилась в соединении, лишь бы только температура оставалась неизменной. Это не могло бы иметь, конечно, места, если бы вода и теплород представляли химическое соединение. Мы видели также выше, что уже Дальтон высказал закон, по которому над Землей находится атмосфера водяных паров, которая повинуется собственным законам, совершенно независимо от тех, которым следуют частицы кислорода и азота, находящиеся в среде их. Частицы водяных паров распространяются в данном пространстве, как будто в нем не было вовсе воздуха, с той только особенностью, что это распространение совершается тем медленнее, чем плотнее воздух.

Если земной шар окружен атмосферой водяных паров, то мы можем представить себе ее составленной из любого количества концентрических слоев ее, из которых наружные оказывают постоянно давление на внутренние, так как последние оказывают сопротивление стремлению первых приблизиться к Земле. Потому-то нижние слои (ближайшие к Земле) выносят на себе давление всех высших, над ними находящихся. Давление этих паров действует на жидкости (напр. на ртуть и барометр), точно так же, как и давление воздуха, и потому высота столба ртути этого инструмента есть результат коллективного действия всех давящих на него газов: кислорода, азота, водяных паров и проч. Чем больше слоев давит на воздух, непосредственно окружающий земной шар, тем сильнее будет испытываемое им давление, т. е. тем меньше будет, по закону Мариотта, объем, тем больше будет плотность его внизу в сравнении с плотностью находящегося наверху. Закону этому повинуются и водяные пары, но только до известных пределов. Как только пределы эти достигнуты – водяные пары теряют свою форму газов, превращаясь в воду. Чем насыщеннее воздух водяными парами, тем больше, конечно, будет и давление и тем ниже пределы, в которых совершается это претворение в капельно-жидкое состояние. Поэтому данный объем, напр. кубический метр, может содержать в себе только определенное количество водяных паров; и притом оно изменяется с температурой, увеличиваясь вместе с ней. Если наступает охлаждение сырого воздуха ниже точки насыщения, то водяные пары, принимая форму маленьких шариков, являются в виде облаков или тумана; если температура опять поднимается, они опять превращаются в газообразную форму; если, напротив, температура понижается еще ниже – мелкие шарики облаков сливаются в более крупные капли, падающие в виде дождя или снега, если этот процесс совершается при температуре ниже точки замерзания.

После установления теории водяных метеоров трудами Дальтона и Гей-Люссака оставалось заняться практическим ее применением; нужно было изучить и найти законы, по которым содержание водяных паров в атмосфере изменяется во времени и в различных местностях; определить высоту облаков, т. е. высоту тех слоев, в которых по преимуществу совершается претворение паров в воду; показать распределение дождя и вообще метеорологических осадков в различных странах и в разные времена года и измерить количество воды, падающей во время каждого дождя или в течение круглого года.

Для измерения количества водяных паров, содержащихся в воздухе, необходимо иметь инструмент, его определяющий. Такие инструменты, известные под названием гигрометров, известны уже давно и приготовляются из различных растительных или животных веществ, изменяющихся в сыром воздухе. Так, прежде употребляли для этой цели струны, волосы человеческие (Соссюр), китовый ус (Делюк), расправлявшиеся в сыром воздухе и показывавшие на циферблате степень сырости. Новейшие аппараты, приспособленные для этой цели, конечно, гораздо совершеннее, так как они показывают даже точку, когда вода переходит из газообразного состояния в капельно-жидкое.

Гигрометрические наблюдения Гумбольдта, произведенные им во время его американского путешествия при посредстве аппаратов Соссюра и Гей-Люссака, показали, что в равноденственной полосе Америки воздух в ясные дни содержит значительное количество сырости, превосходящую почти вдвое сырость, замечаемую в средней Европе даже в летние месяцы. Но это замечается только на равнинах; на высотах содержание водяных паров атмосферы падает быстро, так что на значительных горах оно не достигает даже того количества, которое находим в Европе при ровной температуре в долинах.

Нижний предел высоты густых облаков Гумбольдт определил в 615, верхний – в 1 700 – 1 800 туазов. Редкие облака, известные под именем барашков, находятся гораздо выше. Гумбольдт и Бонплан определили высоту их по крайней мере в 4 100 туазов.

Монография Гумбольдта – De l’influence de la déclinaison du soleil sur le commencement des pluies équatoriales [1818] – представляет особенный интерес потому, что она дает возможность изучать распределение погоды под тропами, как местности, представляющей исходный пункт для всех почти метеорологических исследований. Мы уже выше упоминали, что под тропами все метеорологические явления отличаются необыкновенной правильностью, и не подлежит сомнению, что если бы метеорология начала здесь свои наблюдения, она сделала бы гораздо большие успехи, чем те, которые она может предъявить в настоящую минуту на основании наблюдений, сделанных в умеренном поясе. Гумбольдт изучает здесь распределения времен года. Как у полярных кругов известны только два времени года, холодное и теплое, или время года ночи и дня, так и в тропической полосе их тоже два: жаркое и дождливое, или, по выражению индейцев, время солнца и облаков. В более теплых местностях умеренного пояса дожди падают тогда, когда Солнце стоит низко, т. е. в то время года, которое соответствует нашей зиме. Тогда там период дождей. В местностях же тропических наступает самое дождливое время, когда Солнце приближается к зениту, т. е. в период, соответствующий нашему лету. С декабря по февраль нет там ни облачка на небе; ветры дуют с востока к северо-востоку – это пассат – ветер, приносящий воздух из холодных стран к тем, над которыми стоит солнце. Воздух, переходя из холодных местностей в теплые, нагревается и, как выше упомянуто, при высшей температуре он получает способность принимать в себя больше воды, то при этих условиях, не может быть речи о метеорическом осадке в виде дождя. Там повторяется то же, что случается в наших местностях, когда у нас дует северо-восточный ветер. И у нас стоит тогда ясная погода; но в наших местностях ветер этот постоянно чередуется с юго-западным ветром, приносящим дождь, между тем как под тропами в течение названных месяцев этого не случается. В конце февраля гигрометр начинает показывать увеличивающуюся сырость; ветер стихает и переходит нередко в затишь; на юго-юго-востоке показываются облака; по временам замечаются электрические разряжения; направление ветра переменяется к западу и юго-западу и к концу апреля начинается период дождей и гроз; небо заволакивается грозными тучами; дождь льет в течение целого дня, переставая к ночи. Период этот длится до тех пор, пока солнце не отклонится опять к югу, когда для северного полушария наступает холодное время. Тогда здесь опять начинается северное течение, а с ним вместе и ясная погода.

Гумбольдт не только описал эти явления, но и объяснил их вполне удовлетворительно. По теории Галлея явление пассатных ветров обусловливается совокупным действием Солнца и вращения Земли: первое – причиной движения воздуха к экватору как тому месту, где он теплее; второе – обусловливает вращение на запад. На северном полушарии течению воздуха, направляющемуся из северо-востока к юго-западу, соответствует течение в противоположном направлении; у нас оба течения направляются рядом друг с другом. Сменяя одно другое; в местностях же, лежащих в незначительных широтах, полярное течение находится всегда внизу (пассат), другое же – всегда наверху. Так как от каждого полюса направляется пассат, то они должны где-нибудь встретиться, и они встречаются там, где Cолнце стоит выше, где теплота самая значительная. До тех пор, пока ветер может направляться из более холодного места в более теплое, дождь, по причинам вышеизложенным, образоваться не может; но там, где температура самая высокая, горизонтальное движение в высокой степени пресыщенного водяными парами воздуха прекращается, он поднимается вверх, расширяется, но при этом и охлаждается и теряет часть своей воды, которая и падает в виде тропического дождя.

Пояс, на пространстве которого падают тропические дожди (Kalmenzone ), с которым познакомил нас Гумбольдт, окружает земной шар на пространстве 8-10 градусов ширины. Он прерывается только в Индийском океане муссонами.

Найденные Гумбольдтом законы испытывают, как он сам объясняет, некоторые исключения, обусловливаемые местными причинами. Они и причиной, почему местами горы и берега представляют противоположные периоды дождей.

В нашем климате самое большее количество метеорической воды падает в течение лета, так как это время года отличается самой высокой температурой, вследствие чего атмосфера получает возможность насыщаться большим количеством водяных паров, и с другой стороны – освобождаться от них. Под экватором теплая погода стоит круглый год, в особенности же в период дождей, так что причина, обусловливающая у нас более сильные дожди, сказывается там гораздо сильнее. В то время, как в Европе, по наблюдениям Гумбольдта, редко падает в течение часа больше 4 линий дождя, в Гваяквиле он выпадает в продолжение того же времени 1 8/10 дюйма! Этим объясняется, что под тропами, несмотря на то, что там гораздо больше ясных дней, чем у нас, количество выпадающего там дождя гораздо значительнее, чем в умеренном поясе. Оно там достигает средним числом 70 дюймов (в некоторых местностях и больше!), между тем как в Европе оно равно только 22 дюймам. Впоследствии Гумбольдт показал количество дождя в тропических странах гораздо выше – 110– 112 дюймов. Новейшие наблюдения дали в некоторых местностях еще более высокие цифры: 151 д. в Кайенне, в Херапонье, у склона Коссиагиля, на высоте 4 500 футов, 610 дюймов!

Точно так же как количество дождя в виде исключений может значительно увеличиваться, оно может в некоторых местностях и уменьшаться от влияния местных причин. Так, в Кумане количество его не превосходит 7 и 8 дюймов; вдоль же берега Перу дождь вообще не падает.