Обращаясь к совершенно другой отрасли естествознания, к давлению воздуха, мы и здесь встречаем следы деятельности Гумбольдта. При тех сбивчивых понятиях, которые имели древние на счет тяжести, нелегко было решить вопрос – давит ли воздух или нет? Аристотель утверждал, что давит, так как, говорит он, воздухом наполненный пузырь весит больше, чем пустой. Но положение это не осталось без возражений: уже Птолемей утверждал, что воздух внутри собственного пространства, т. е. воздух в пространстве, наполненном воздухом, не давит, точно также как и вода при подобных же условиях, т. е. в пределах занимаемого ею пространства, не оказывает давления. Положение свое относительно воздуха Птолемей доказывал тем, что опыт Аристотеля с пузырем неверен; а относительно воды тем, что опускаясь на дно реки, мы не чувствуем давления сверху, как бы ни глубок был слой воды, лежащий над водолазом. Спор этот, длящийся в продолжение средних веков, можно было бы, конечно, решить и известным уже древним законом Архимеда, по которому всякое тело, взвешенное в жидкости, теряет столько своего веса, сколько весит равный объем этой жидкости. Применяя этот закон к взвешиванию Аристотелем воздуха, можно было убедиться, что воздух, взвешенный в воздухе, должен столько потерять своего веса, сколько сам весит, т. е. все.

Если мы опустим стеклянную трубочку в воду и станем через верхний конец ее тянуть воздух из нее, то вода поднимается в трубочке. Мы знаем теперь, что это происходит оттого, что внешний атмосферический воздух, давя на воду, вгоняет ее внутрь трубочки, из которой мы высосали воздух. Древние объясняли себе это явление совершенно иначе, именно тем, что «природа боится пустоты» (horror vacui), т. е. что вода только потому подымается в трубочке, чтобы не осталось в ней пустого пространства! Известен случай с Торричелли, учеником знаменитого Галилея. Когда огородники, рывшие в Пизе насосный колодец, остановились изумленные перед фактом, что вода его не поднимается выше 32 футов, ученый этот объяснил это явление тем, что воздух, оказывая давление на воду, должен подымать ее только до той высоты, пока давление воды в насосе на его основание не уравновесит давления внешнего воздуха на воду вне насоса. Из законов давления жидкостей нам известно, что давление их увеличивается по мере увеличения высоты столба жидкости и плотности ее, и потому, когда Торричелли заменил воду ртутью, которая в 13 Ѕ раз тяжелее воды, то он в самом деле нашел, что ртуть поднялась только на 28 дюймов. С этой минуты Торричелли стал отвергать мнимую «боязнь природы к пустоте» и поставил законом, что явления, приписываемые прежде horror vacui, зависят от давления воздуха. Он стал утверждать далее, что трубкой, содержащей столб ртути и запаянной сверху для того, чтобы воздух не мог давить на этот столб с другого конца, одним словом, барометром, можно измерять давление воздуха. Как всякая новая идея, как бы справедлива она ни была, но потому только, что она не согласуется с вековыми предрассудками, идея Торричелли встретила сильную оппозицию, пока наконец Паскаль не напал на мысль, доказавшую окончательно неопровержимую ее справедливость. Если, говорил он, учение Торричелли справедливо, то столб ртути в барометре при поднятии на высоты должен понижаться, так как по мере поднятия вверх столб давящего на ртуть воздуха уменьшается. В 1648 г. шурин Паскаля, Флорен Перье, желая решить спорный вопрос путем опыта, подымается на Пюи-де-Дом, близ Клермона, высотой в 500 туазов. Оказалось, что барометр действительно понизился на 3 дюйма ниже того уровня, на котором находился на равнине. С этих пор, а в особенности с того времени, как Мариотт открыл закон, по которому плотность воздуха усиливается по мере возвышения, наука узнала, какой высоте слоя воздуха соответствует высота барометра. С этого времени инструмент этот и вошел во всеобщее употребление для измерений высот.

Если бы шар земной представлял бы тело покоящееся, не вращающееся, окруженное со всех сторон одним и тем же веществом и если бы на всех точках поверхности его не было разницы в температуре, то окружающий его воздушный океан не представлял бы тоже никаких уклонений. В этом «идеальном» случае мы видели бы на всех точках земли одинаковое давление воздуха. Но действительность учит нас противному: мы знаем, что земля не есть покоящийся шар, а неправильный, вращающийся элипсоид, на поверхности которого встречаем разнообразнейшие температуры. Кроме того, течения воздуха, известные нам под именем ветров, показывают тоже, что воздух на одинаковой высоте над уровнем моря испытывает неодинаковое давление. Все части воздушного океана не только подвижны, но находятся в постоянном движении.

Для того чтобы пользоваться барометром для измерения высот, необходимо всегда сравнивать между собой высоту ртутных столбов в двух точках, находящихся на различной высоте. Если мы знаем высоту одной точки, то в таком только случае можем отыскать высоту другой. Если мы находимся внутри какой-нибудь страны и нам неизвестна из непосредственного измерения высота данной точки, то необходимо знать высоту барометрического столба ртути ближайшего моря, ибо, так как высота считается от морской поверхности, то, зная его, мы узнаем и высоту точки, с которой сравниваем ее. Наблюдения показали, что высота барометра у берегов морей неодинакова под различными градусами широты; притом она непостоянна даже в одном и том же месте. Колебания эти бывают правильны, т. е. они могут повторяться в течение известных периодов; но они бывают и неправильны. Понятно, что если мы прибегаем к барометру для измерения высоты какого-нибудь места, то мы должны принять в расчет эти колебания барометра в обоих пунктах; иначе разница, выведенная из показаний этого инструмента, даст нам ложные показания; притом мы должны знать их в самый момент наблюдения. Эта высота столба ртути должна быть выведена из средней высоты барометра соответствующей широты места, принимая также в расчет влияние правильных колебаний. Мы здесь не имеем причины останавливаться на другом, каждому известном применении барометра к так называемым предсказаниям погоды, при которых «хороший» барометр дает нам весть об атмосферных переменах, совершающихся в высших слоях атмосферы.

Уже из сказанного мы можем заключить, что задачи, которые при исследовании барометрических колебаний предстояло разрешить, касались трех вопросов: 1) необходимо было определить среднюю высоту барометра у уровня моря под различными градусами широты; 2) нужно было отыскать пределы правильных колебаний его и, наконец, 3) величину неправильных колебаний, равно как второстепенные обстоятельства, играющие при этом известную роль, чтобы по крайней мере со временем допытаться причины их и перевести их тогда из категории неправильных в правильные.

Не останавливаясь на барометрических наблюдениях, сделанных Гумбольдтом для определения разных высот (изданных в Observations astronomiques [1810.2]), мы упомянем здесь вкратце о его исследованиях, предпринятых с целью развить теорию барометра, помещенных в его Esquise d’un tableau géognostique de l’Amérique méridionale [1829.1.1]. Барометрические наблюдения прежнего времени не различаются той точностью, которую представляют теперь, и этому труды Гумбольдта способствовали немало. Так, из сравнения своих наблюдений со сделанными членами Французской академии в половине истекшего столетия в Перу, он приходит к убеждению, что барометры последних заключали в себе небольшое количество воздуха (ртуть их не была вскипячена), так как показания их оказываются ниже найденных Гумбольдтом. Другая ошибка прежнего времени вела, напротив, к показанию высшего столба ртути, чем настоящий, вследствие того, что при французских наблюдениях не принималось в расчет расширение ее от теплоты (выше 0° C), хотя на это обстоятельство и указывал уже Амонтон около 1740 г. Кроме этих ошибок Гумбольдт указывает еще на третью: влияние волосности трубок, которая тоже требует поправки.

Уже прежние ученые путешественники (как например Varin, Дезайе и de Glos, посещавшие Зеленый мыс и американские острова по поручению французского правительства в 1682 г.) заметили, что вблизи экватора барометр дважды в течение суток постоянно и правильно поднимается и опускается. По аналогии явление это названо было атмосферическим приливом и отливом. Факт этот явился в совершенно ложном свете, так как названные ученые старались привести его в соответствие с изменениями термометрическими, что оказалось несправедливым. Гумбольдт с другом своим Бонпланом, занимаясь долгое время наблюдениями над этими колебаниями барометра, определили как величину их, так и самое время, когда они наступают.

По Гумбольдту, колебания барометра между поворотными кругами можно выразить следующим образом: поутру, около 9-9 ј часов, он достигает самой высокой точки, затем понижается, сначала медленно, потом скорее, и потом опять медленнее до 4 Ѕ часов; затем барометр поднимается снова до 11 часов, и потом падает опять до 4 часов следующего утра. Колебание заключается в пределах Ѕ-1 линии, и днем оно сильнее, чем ночью. Ветры, дождь, землетрясения и подобное, за исключением некоторых частей экваториальной Азии, не оказывают никакого влияния на колебания барометра, которые на вышине Кито немногим только меньше, чем на морском берегу. Впрочем, явление это свойственно не одной тропической Америке; его можно наблюдать везде между поворотными кругами.

Выше уже было упомянуто, что прежние ученые объясняли эти явления той же причиной, которая вызывает приливы и отливы, но Лаплас доказал, что при этом предположении целое колебание барометра не может превосходить одного миллиметра, т. е. менее полулинии. Кроме того, самое время, в которое замечаются самые значительные повышения и понижения барометра, не позволяет смешивать обоих явлений; между ними только одно общее – что как те, так и другие проявляются дважды в сутки. Приливы и отливы обусловливаются различием влияний, оказываемых притягательной силой Солнца и Луны на различные отдельные части Земли, находящиеся в различном расстоянии от них. Та часть земной поверхности, которая обращена к Луне, испытывает, как более близкая к ней, более сильное притяжение последней, чем центр ее; между тем как противоположная сторона земного шара представляет противоположное явление. При морских приливах и отливах нельзя не признать влияния Луны, которое оказывается даже в 2 Ѕ раза сильнее влияния Солнца, и потому время прохождения через меридиан играет здесь большую роль. В совершенной противоположности с этим атмосферические приливы и отливы зависят совершенно от положения Солнца, и потому мы вправе заключить, что оно их причиной, но не Луна.

Гумбольдт не высказывался прямо насчет причины этих явлений; Рамонд же полагает, что ее следует искать во влиянии теплоты солнечной, вызывающей расширение воздуха в тех местах, в которых самая большая теплота дня. К востоку от этих мест лежат точки, которые опять охладевают; к западу – которые еще не нагрелись до той степени, как наблюдаемые. Воздух теплых долгот, расширяясь, поднимается кверху, и так как действие это здесь сильнее, чем к востоку и к западу от этого места, столб воздуха, выдающийся посредине над соседними, стекает по обе стороны. Таким образом посредине видим атмосферное давление минус то количество воздуха, которое стекло по обе стороны: теплые часы соответствуют minimum’у давления. По обе же стороны этого выдающегося столба воздуха видим атмосферическое давление плюс то количество воздуха, которое притекло из середины: потому утром и вечером замечаются самые высокие давления воздуха – maximum его. На противоположной minimum’у стороне земли то же атмосферическое давление, и по-тому ночью второе, но не так значительное minimum, которое только потому является таковым, что оно находится между двух мест, испытывающих более сильное давление воздуха. Так как земля вращается, то одна и та же точка земного шара под тропиками имеет то maximum, то minimum давления над собой, так как они следуют солнцу. Главный minimum проявляется около 4-х часов, т. е. 2 часа спустя после самого жаркого времени дня. Это обусловливается, кажется, тем, что вызванное различиями температуры движение нуждается в известном времени для своего проявления, точно так же, как оно, с другой стороны, длится еще некоторое время после того, как обусловливающая его причина перестала действовать. По этой же причине самый жаркий час дня вовсе не 12 часов; самый жаркий месяц месяц не июнь, несмотря на то, что причина, их обусловливающая, высота Солнца, достигает в обоих случаях своего maximum’a, а – 2 часа пополудни и месяц июль.

Неправильные колебания барометра под тропиками очень незначительны в противоположность значительным правильным колебаниям. В умеренном поясе явления эти изменяются: здесь неправильности очень значительны, нормальные же суточные колебания так малы, что последние не могут быть замечены, если мы ограничимся только несколько-дневным ежечасным наблюдением. Только после продолжительного ряда наблюдений удается при выведении средних результатов заметить, что несколько высший столб утром, несколько низший – после обеда. Кроме того, самые часы, в которые наступают изменения, непостоянны в течение целого года: суточные крайности приближаются зимой к полудню и отодвигаются в летнюю пору.

Неправильные колебания барометра в умеренной полосе так значительны, что положение ртутного столба может в течение нескольких месяцев представлять разницу на 20 линий, и потому неудивительно, что незначительные суточные колебания были здесь замечены только после ряда долгих наблюдений.

Давление воздуха оказывает влияние не только на понижение барометра; от него зависят и некоторые физиологические явления, которые Гумбольдт тоже испытал на себе. Еще Соссюр во время своего путешествия в Альпах упоминает о невероятном утомлении при поднятии на значительные высоты (выше 1400 – 1500 туазов), которого никак нельзя объяснить напряжением мускулов. Путешественник не в силах сделать 20-30 шагов без отдыха. Присев с этой целью, испытывающий это утомление сейчас же готов заснуть, несмотря на неудобство положения и холод. Некоторые лица испытывают при этом тошноту, доходящую до рвоты, даже до обмороков. Разные натуры неодинаково впечатлительны к этому недугу, но даже самые сильные не свободны от него; даже такие, которые по своему образу жизни, как напр. альпийские проводники, более или менее привычные к разреженному горному воздуху, подвержены ему. И затруднение дыхания замечают тоже, но без давления, и потому Соссюр объяснял это явление не столько недостатком кислорода (хотя при меньшей плотности воздуха на высотах при каждом вдыхании легкие получают меньшее количество его, чем ближе к уровню моря), но расслаблением сосудов, которые не подвергаются снаружи такому сильному давлению, как то, которое испытывают органы на незначительном поднятии над поверхностью моря и к которому организм приспособлен.

На Андах Гумбольдт имел случай познакомиться с этим физиологическим явлением еще в большей степени, чем Соссюр на Альпах. Исследуя различные высоты, на которых люди еще живут, Гумбольдт полагал, что организм человеческий может в известных пределах без неудобств выносить уменьшенное давление атмосферы и что оно только тогда дает себя чувствовать, когда столб ртути падает ниже 15 дюймов. При этом он замечает, что белое племя выносчивее в этом случае краснокожих; как те, так и другие, однако, кроме упомянутых Соссюром явлений, страдают на значительных высотах кровотечениями из носа, десен, глаз, губ.

Явления крайнего утомления при поднятии на значительные высоты объясняются теперь исследованиями братьев Веберов (физиологов). По обеим сторонам таза находятся вертлюжные впадины, внутри гладкие углубления кости, в которых движутся головки бедренных костей. Целое сочленение покрыто связками и оболочкой, соединяющей таз с шейкой бедра. Если мы перережем на трупе все толстые слои мышц, покрывающих это сочленение, а также и перепонку, то нога не выпадет из сустава; она держится еще плотно в вертлюжной впадине таза давлением воздуха. Из этого мы вправе заключить, что мы не нуждаемся употреблять особенные усилия для того, чтобы во время ходьбы нести ногу, отделяющуюся от земли. Давление воздуха облегчает нам этот труд. Так как на значительных высотах давление воздуха уменьшается, то он не может уже и нести всей тяжести нашей ноги, и работа, которую исполнял воздух на равнине, переходит теперь на мышцы. Тут они должны не только передвигать наши ноги вперед и назад, но и нести их – работа, от которой они были свободны при большем давлении воздуха. В этом найдем и ключ к уразумению усталости при восхождении на значительные высоты. Впрочем, он объясняет нам одну только сторону явления; все-таки остается непонятным, почему усталость наступает скоро и проходит тоже очень быстро и каким образом люди, по уверению Гумбольдта, в короткое время привыкают к незначительному давлению воздуха. Конечно, возможно, что природа как будто приспособляет организм к этому тем, что дает человеку, с малолетства живущему на значительных высотах, гораздо больший поперечник вертлюжной впадины, но трудно предположить, чтобы она у жителя равнины, попавшего случайно на значительное возвышение, делалась больше. Впрочем, утверждают, что английские гончие собаки, завезенные на возвышенности Мексики (на 6 000 – 7 000 футов над поверхностью моря), в первом поколении совершенно негодны для охоты, между тем как второе поколение, родившееся и взросшее там, удовлетворяет всем условиям хорошей охотничьей собаки .