С благодарностью припомнил Ломоносов труды учёных, «которые для испытания натуры безмерного пространства переплыв море и широкие преодолев пустыни, в прекрасные места Перуанские достигли. Не лугов, не садов приятностию там удерживаяся, кротостию неба долго наслаждались, но высоких гор каменистые верхи превышая, для измерения шара земного, много стужи претерпели и поту пролили».

Да, познание Земли сопряжено с трудными и опасными путешествиями. Поначалу цели таких предприятий были торговые и захватнические. В ХѴІІІ веке, во времена Ломоносова, начался новый этап эпохи Просвещения: теперь стали организовывать экспедиции не только ради каких-либо выгод, но и с научными целями.

Ломоносов отметил: «Долговременным и бедственным их искусством и точным исчислением доказано, что на известной и определённой вышине всея атмосферы жестокий и бесперерывный мороз господствует и высоких гор верхи вечным снегом покрыты содержит. Мера, которая от морской поверхности до снежного атмосферы предела простирается, убывает тем больше, чем далее есть расстояние от экватора, и наконец за полярными кругами уничтожается, так что снежный предел с поверхностию океана соединяется».

О том, что с подъёмом на горы становится всё холоднее, а на определённых высотах даже летом температура ниже порога замерзания воды, знали, конечно, задолго до Ломоносова. Но только он догадался о существовании оболочки Земли как единого целого, особой сферы, где вода находится преимущественно в твёрдой фазе (в виде снега и льда): «так что тут зима, где морозный слой атмосферы до земли досягает».

По его словам: «Коль напряжённа есть холоду сила в оной части атмосферы, из следующих явствует. И, во-первых, славные земного шара измерители выше снежного предела в средней части атмосферы столь лютый мороз претерпели, которого едва больше в наших странах середи зимы обыкновенно случаются. Сие когда под самым экватором беспрестанно продолжается, то коль великая стужи сила в нашем климате около той же вышины свирепствует – легко заключить можно.

Сие рассуждение подтверждается прилежнейшим рассмотрением града. Ибо снежное ядро, которое ледовою скорлупою каждый града шарик в себе заключает, в холодной снежной части атмосферы без сомнения рождение своё имеет; ледовые корки во время падения его сквозь разные дождевых облаков слои прирастают, ужасною стужею, которую снежные ядра в себе имеют, примерзая».

Замечательное качество Ломоносова: как поэт он ощущал цельность, гармонию и величие Природы, умея выразить эти чувства. Он обладал способностью, говоря словами поэта, художника и мыслителя Уильяма Блейка (перевод С. Маршака):

Единство чувств, мыслей и слова по отношению к Природе – такова философия естествознания по Ломоносову. Она воплощалась в конкретные научные открытия. От снежных горных вершин его мысль переходит к покрытым льдами полюсам планеты, а оттуда – к орешине града, лежащей на ладони. И у него рождается образ воздушной сферы, где всегда лютует мороз.

Ломоносов отметил: градины состоят из снежного ядра, покрытого «ледяной скорлупою». Как могла эта оболочка образоваться за недолгий срок пребывания града в воздухе? Как мог водяной пар за «прекраткое падения время» не только замёрзнуть в виде снежинок или снежной крупы, но и образовать ледяной шар величиной больше грецкого ореха? «Сие подлинно происходит и ясно показывает ужасный мороз, который на высоте в снежном ядре опускающегося града рождается».

Как выяснилось в наше время, в кучевых облаках сильные потоки воздуха не дают каплям воды или льда быстро упасть на землю, порой поднимая их вверх на сотни метров. Но главное – это происходит в морозной оболочке Земли. Ломоносов предположил: температура воздуха на большой высоте примерно соответствует самым низким зимним температурам в Центральной Сибири. И это – замечательная догадка.

По его словам, «лютая зима беспрестанно господствует недалече над нашими головами». Упоминал он и о подземных льдах, или, как мы сейчас говорим, зоне вечной или многолетней (вековой) мерзлоты. Её формирование он связывал с климатическими и тектоническими факторами. Указывал на закономерности распространения на земной поверхности льдов наземных и морских.

До недавнего времени открытие Ломоносовым морозного слоя Земли (а не только атмосферы) оставалось непонятым. Этого не отметил даже такой крупнейший историк науки, как В.И. Вернадский, посвятивший несколько статей творчеству Ломоносова. Владимир Иванович полагал, что только в работах польского исследователя А. Добровольского, в 1924 году «впервые твёрдая фаза (воды. – Р. Б.) охвачена как закономерная часть строения земной коры, как криосфера».

М.В. Ломоносов. Гравюра 1757 г.

В действительности первенство принадлежит М.В. Ломоносову. Он не употреблял термина «криосфера», но с гениальной прозорливостью и чёткостью высказал мысль о единой «морозной» оболочке планеты. Сочетание научной мысли и поэтического воображения позволило ему сделать замечательное открытие.

Кажущаяся простота его рассуждений и естественность вывода создают впечатление очевидности. Но ведь он предвосхитил мысль, до которой заново пришли учёные только в ХХ веке, да и то после вертикального зондирования атмосферы и высотных полётов на аэростатах и аэропланах.

Движение облаков, веяние ветра со всей определённостью отмечают горизонтальное перемещение воздушных масс. Можно уточнить: воздух течёт над земной поверхностью, подобно воде, образуя огромные круговороты циклонов и антициклонов.

Наш личный опыт свидетельствует только о таком перемещении воздушных масс. А что мы знаем о вертикальных воздушных потоках? Как их заметить? Да и есть ли они?

Свои представления о движениях атмосферы Ломоносов высказал на собрании Академии наук в «Слове о явлениях воздушных от электрической силы происходящих» (1753). На рисунке он изобразил это явление:

«Стрелы показывают восхождение воздуха в сиянии и погружение в тени… В жаркие летние дни зыблется, по-видимому, земная поверхность не для другой какой причины, как от смешения восходящего тёплого воздуха с погружающимся холодным… Из сего основания истолкованы мною многие явления с громовою силою бывающие».

Михаил Васильевич предполагал, что его идея из-за своей новизны не привлечёт внимания академиков, среди которых не было исследователей атмосферных явлений. Поэтому начал издалека:

«Великой истинно и праведной славы достигли те, которым толь сокровенные в натуре тайны старанием, или хотя и ненарочно, открыть приключилось и которых стопам последовать не за последнюю похвалу почитать должно. Того ради и я некоторую благодарность заслужить себе уповаю, когда движения воздуха, о которых, сколько мне известно, нет ещё ясного и подробного познания, или, по последней мере, толь обстоятельного истолкования, какого они достойны, когда движения воздуха, к горизонту перпендикулярные, на ясный полдень выведу, которые не токмо гремящей на воздухе электрической силы, но и многих других явлений в атмосфере и вне оной суть источник и начало».

Его идея не встретила ни возражений, ни одобрения: слишком нова, непривычна и непонятна. Среди петербургских академиков были специалисты ботаники, зоологи, картографы, математики, астрономы, физики. Немногие из них стремились постичь земную природу в глобальном масштабе как единое целое, а не «по ведомству» той или иной науки.