"Природа", №03-04, 1926 год, стр. 25-48
Название фульгурит происходит от латинского слова fulgur — молния. Так называют своеобразные трубки из переплавленного песка или следы оплавления твердых горных пород, вызываемые действием ударов молний. Фульгуритами в некоторой степени интересовались до сих пор только геологи и петрографы; геофизикам же, метеорологам, физикам и электротехникам эти образования обычно оставались совершенно неизвестными. Между тем, фульгуриты, особенно песчаные представляют собою, так сказать, окаменелую молнию и притом в крайне укороченном масштабе по сравнению с ее воздушными размерами. В наших руках есть и путь искусственного получения фульгуритов, равно как и изучение искрового разряда самого по себе. Такое отсутствие связи между работами специалистов в этого рода отраслях знания тормозит дело. В частности изучение формы фульгуритовых трубок должно бы было давно навести мысль исследователей на возможность вращения искрового разряда вокруг продольной своей оси, что было предположено значительно позже (см. ниже). Для того, чтобы дать представление о внешнем виде фульгуритов, я приведу некоторые наблюдения разных лиц над этого рода образованиями. О них, напр., говорит Чарльз Дарвин в своем "Путешествии на корабле Бигль". Он видел фульгуритовые трубки в дюнной прибрежной местности близ Мальдонадо в Южной Америке. Так как дюнный песок здесь не скреплен корнями растительности, то дюны передвигаются, причем фульгуритовые трубки там, где они образовались, начинают торчать наружу и могут быть поэтому подмечены. Многочисленные обломки их, располагаясь вместе, показывают, что первоначально они залегали на значительной глубине. Разгребая песок вокруг одной из таких трубок, Дарвин проследил одну из них на глубину двух футов, а соединив несколько обломков, принадлежащих одной и той же трубке, он получил трубку в 5 футов 3 дюйма. Внутренняя поверхность трубок состоит из остеклованной массы (как мы теперь знаем, из кварцевого стекла), она отличается гладкостью и блеском. Трубки сжаты и покрыты продольными бороздами и по внешнему виду напоминают древесный корень или кору пробкового дуба. В окружности они имеют около 2-х дюймов, но некоторые могут достигать и 4-х дюймов. Дарвин полагает, что борозды явились результатом давления, которое производил песок на трубку в то время, как вещество ее еще находилось в расплавленном состоянии. Трубки углублялись в песок или вертикально, или давали под углами отпрыски. Ремером и Вихманом были описаны фульгуриты из песчаных пространств близ Старцинова недалеко от Олькуш в Польше. Здесь было найдено 26 трубок. Толщина трубок колебалась от толщины руки до толщины толстой вязальной спицы. Наиболее тонкие трубочки были прозрачны и очень хрупки. Поперечное сечение трубок то круглое, то ребристое, то сплюснутое. Наиболее тонкие трубочки почти идеально круглы. Сплюснутые трубки часто неожиданно переходят в круглые. Толщина стенок изменчива. У фульгуритов в палец толщиною обычно стенки имеют толщину от 1 до 2 мм. В некоторых случаях она настолько толста, что внутренний канал равняется диаметру булавочной головки. Наиболее длинный фульгурит, здесь найденный, оказался равным 219 см. Был снят план расположения фульгуритовых трубок на площади 0,77 магдебургского морга. Эти трубки оказались сгруппированными двумя полосами.
Вуд (Wood) наблюдал удар молнии в землю и тут же подверг изучению образовавшийся фульгурит, этот автограф молнии, как он выражается. В английском журнале "Nature" за 1910 год он дал описание фульгурита и его фотографию. Он же заметил спиральный ход фульгурита, имевшего длину 28 см. (это неполная длина — остальное осталось в земле) — извитки шли как у штопора, слева направо. Интересны сведения о нахождении фульгуритов в песке и песчанике близ города Чигирина на Украине, описанном проф. А. С. Роговичем в 1871 году. Найдены они здесь на горе Каменной, в которую во время гроз ударяют молнии. "Как в верхних слоях песка, лежащих над песчаником, так и в самом песчанике найдены фульгуриты, различные диаметром, цветом и легкостью очень сходные с пемзою. Форма их четырехугольная или неправильная, толщина изменяется, смотря по плотности слоя, в котором они проходят; в сыпучем песке "трубки" часто принимают пузырчатую форму с стекловатой поверхностью внутри; в плотных песчаниках трубки эти утоньшаются и принимают часто четко видную форму; они бывают то простые, то раздвояются на ветви, иногда оканчивающиеся глухими концами... В тех местах, где в направлении громовых стрел встречаются расщелины, поверхность их на значительном пространстве покрыта стекловатою массою буроватого цвета". "Следы разновременных ударов молнии можно видеть почти на каждой отколотой для приготовления жерновов глыбе песчаника".
Интересна находка в Цанкендорфе близ Вены: здесь была найдена фульгуритовая трубка, закончившаяся на границе песка и нижележащей мокрой глины полым желваком с многочисленными отверстиями. Дальнейший ход молнии можно было видеть распавшимся на красные нити, проникшие в глину на глубину около 8 дюймов, а также рассеявшиеся радиально по всем направлениям наподобие нежных корешков. Красная окраска, повидимому, вызвана здесь местным нагреванием глины. Американец Меррилл описал своеобразные фульгуриты в виде округлых кусков без трубчатого хода. "Их форма напоминает ту, что дает расплавленная масса, выплеснутая из большой ложки на землю". Их наибольшие размеры были: около 2 см. ширины и 5—6 мм. толщины. Сообщу теперь сведения о фульгуритах, найденных в песках второй террасы Днепра близ с. Вигуровщина Остерского уезда Черниговской губернии, недалеко от Киева. Особенно большой фульгурит, распавшийся вниз на две почти одинаковые ветви, откопал здесь один киевский босяк и доставил его, притом, с сохранением порядка обломков в Минералогический Музей Киевского Университета. Здесь этот фульгурит был склеен, уложен в ящик под стеклом и сохраняется по сей день. Внешний вид фульгуритовых трубок изображают приложенные к нашей статье фотографические снимки. Спиральный ход заметен очень хорошо. Завитки идут слева направо, то есть также, как обычно бывает у винтов. Спираль главного ствола, то есть верхней части фульгурита, раза в 3 более растянута, нежели таковая же боковых ветвей, ибо в первом случае два полных оборота приходятся на 126 см., во втором на 39—40 см. Цвет толстых обломков трубок — серый разных оттенков; у тонких трубочек, особенно более круглого сечения он ближе к чисто белому. Кварцевое стекло, выстилающее трубки, то серое, то чисто белое (эмаль) с темными точками и идущими от них темными короткими шлирами (такие дымчатые шлиры можно видеть и под микроскопом в этом бесцветном стекле в шлифах).
В исключительных случаях уже невооруженным глазом можно видеть пузыри (поры) в стекловатой эмали фульгурита, обычно же они вырисовываются лишь при микроскопическом исследовании. Поры эти округлы и очень многочисленны. Любопытны обломочки в 0,5—3 см., представляющие собою ноздревато-ажурные, так сказать, недоплавленные трубочки. Иногда это просто капли белого кварцевого стекла с торчащими тонкими, замысловатой формы отростками ("псевдоподиями"). Иногда удавалось видеть настоящие кварцевые нити, перебрасывающиеся с одного стекловатого выступа такого ублюдочного образования к другому. Наблюдение тонких круглых трубочек (напр., поперечником в 3 мм.) показало, что в стенках их наблюдаются нередко мало заметные мелкие сквозные отверстия, которые вероятно возникли под влиянием прорвавшихся наружу пузырьков пара или воздуха, захваченных в расплавленное стекло фульгуритовой стенки в момент ее образования. Изредка наблюдались трубочки, настолько спавшиеся, что они стали непроходимыми. Самая тонкая трубочка, вообще здесь встреченная, имела поперечник около 1 мм. Микроскопическое исследование показало, что кварцевое стекло фульгурита совершенно аморфно, как это утверждают и все вообще исследователи фульгуритов. Заканчивая характеристику песчаных фульгуритов, отмечу, что спиральный ход для этих образований отмечали и другие исследователи. Из них упомяну здесь еще Гюмбеля и Гоббса. Гюмбель описывает скульптуру и спиральный ход фульгуритов из Ливийской пустыни следующим образом. Общая форма трубок цилиндрическая, но неодинаковая по всей длине сечения, с поверхностью неровною, показывающею многочисленные гребенчатые выступы и ровикоподобные углубления. Все эти элементы скульптуры ориентированы своими длинными осями по длине трубки, неправильно сменяют друг друга, но все вместе обнаруживают в своем ходе явное стремление к спиральному расположению. Весьма неправильную форму имеют темные, почти черные фульгуритовые трубки из той же Ливийской пустыни. Здесь продольные ребра местами показывают вздутия по своей длине, так что получается подобие узловатой палки. На поперечном изломе такие фульгуриты показывают звездчатое строение. К сожалению, все наблюдения над спиральными фульгуритами, в частности над направлением в них витков (на последнее некоторые к тому же и не обращали совсем внимания, хотя и говорили о спиральном ходе своих фульгуритов) делались для фульгуритов северного полушария; между тем, мне кажется, не может быть полной уверенности, что в южном полушарии направление витков будет то же, что и в северном. В северном же в тех случаях, когда оно было определено с несомненностью, оно оказывалось слева направо, по часовой стрелке. Почти ни один фульгурит, из-за трудностей извлечения его из песка, хотя бы отдельными обломками, не был прослежен до своего полного окончания. Максимальная длина песчаного фульгурита 30 футов. Такой фульгурит был уже давно выкопан в Кумберленде в Англии и об этом упоминает Ч. Дарвин. Что же касается первых упоминаний о песчаных фульгуритах, в существовании которых сомневались ученые еще в сороковых годах прошлого столетия, то они имеются у Л. Д. Германа в его Maslographia (издана в 1711 году) и у Пристлея (1790 г.). Герман говорит о "стекловатых трубках, которые растут в желтом песке снизу вверх и представляют, очевидно, продукт подземного огня“. Что касается Пристлея, то он описал несколько неполных кремнистых трубок и сплавленный кусок кварца, которые он нашел в земле под деревом, в месте, где молния убила человека. В нашем Союзе имеется масса песчаных пространств, в частности по берегам ее крупных рек или по их притокам, где несомненно имеются фульгуриты. Необходимо внимательно обследовать эти места и искать фульгуритов. Найти их несомненно удастся, сначала следуя обломкам трубок, валяющихся на поверхности или даже торчащих наружу в тех случаях, когда сыпучий песок будет выдут вокруг такого фульгурита. За это говорят разрозненные находки фульгуритов в Туркестане, по Оке, Дону, Донцу, Днепру и др. А. С. Федоровский в Харькове выкапывал фульгуриты около с. Кочеток Змиевского уезда, Харьковской губернии, у Задонецкого хутора, с. Черкасский Бишкин того же уезда и в др. местах. Эти фульгуриты находятся ныне в Харькове, хотя самые лучшие экземпляры, из числа обнаруженных, выкопаны еще не были — наспех он не хотел их выкапывать, чтобы не попортить.
Теперь перейдем к краткому обзору фульгуритовых образований в твердых горных породах.
Обычно таковые наблюдаются на горных массивах. О них упоминают многие исследователи: Гумбольдт, Соссюр, Рамонд, Гейм, Абих, Лакруа и др. Указаны они для Малого Арарата, горных вершин Америки, для Альп и др. Проф. Гейм, известный геолог и альпинист, однажды удалил встреченные им следы оплавления на одной из вершин группы Сан-Готтард, но, посетив через несколько лет ту же вершину, он снова нашел следы ударов молний. Иногда они показывали спиральный ход. Вот наблюдения Абиха, этого выдающегося геолога и знатока Кавказских гор: "При подъеме на Малый Арарат с более доступной северо-западной стороны, я заметил на верхних частях склона на гребнях светлобурой породы низбегающие темные полосы. Стекловатый характер этих темных мест сразу указал, что мы имеем дело со следами действия молнии. Темнозеленое стекло выстилает дырчатые углубления, имеющие диаметр толстой ручки для пера. Раз это явление было подмечено, при дальнейшем подъеме можно было только убеждаться, что по мере приближения к вершине оно принимает все более резко выраженный характер. Оно встречается так часто, что самый андезит, пожалуй, можно назвать хоть и не научным термином "фульгуритовый андезит“. Из этой породы состоят почти все массивные скалы наиболее высоких частей этой горной вершины. Здесь фульгуриты, как червевидные ходы со стекловатыми, часто как бы забрызганными каплями краями, особенно тесно скучиваются, они пересекаются и проникают друг друга так, что вместо мелкокристаллической андезитовой породы получается пузыристая полусплавленная масса, внешний вид которой напоминает совершенно источенное буравящими моллюсками (терединами) дерево".
Эта классификация предлагается мною. При ее разработке я постарался охватить вопрос наиболее широко и ввел сюда результаты воздействия молнии также на атмосферу в ближайшем соседстве и внутри хода искры, а также результаты воздействия молнии на животных, человека, растения (деревья по преимуществу), громоотводы, здания и проч. Что мы действительно имеем право говорить о "воздушном" или "атмосферном" фульгурите, видно из следующего. При прохождении молнии в воздухе происходит трубка с настолько сильным разрежением, что внутри ее газ приобретает светимость слоистого типа, как это наблюдается в трубках Гейслера. Это явление удалось даже зафиксировать фотографически, если употребить быстро вращающуюся камеру. Дело в том, что в этом случае искровой разряд, как имеющий известную длительность, будет развернут в ряд параллельных искр, направленных между облаком и землею. Что же касается слоистости, то таковая бывает выражена бахромкою нежных слоев (тип разряда, называемого сиянием), направленных перпендикулярно к стволу молнии. Впервые это явление было фотографически доказано у молнии Кайзером и позже Вальтером. Такой воздушный фульгурит характеризуется не только разреженностью газа, но его температурой, степенью ионизации, химическими новообразованиями (гремучий газ, азотистая кислота) и способен существовать, хотя, правда, очень короткое время. Этим, вероятно, объясняется то, что иногда, как след молнии, в атмосфере может сохраняться слабое сияние, скоро однако прекращающееся: воздушный фульгурит умирает, как умирает световой след болида (конечно, мы в этом случае имеем в виду не физиологическое сохранение зрительного только впечатления). Он умирает под раскаты грома, причем последний по весьма правдоподобному предположению Троубриджа представляет собою не простой "треск“, сопровождающий искровой разряд в сухом воздухе, а прежде всего взрыв гремучего газа, образующегося при прохождении молнии через водяные пары и капельно-жидкую воду, находящиеся в атмосфере. Как известно, правильность такого толкования грома Троубридж подтвердил рядом прямых опытов. В связи с вопросом о спиральном ходе фульгуритов нам необходимо остановиться на спиральном ходе самой молнии в атмосфере, а также на особенностях хода молний и поражаемости ею деревьев. Спиральный ход мы можем подозревать, рассматривая фотографические снимки молнии. По отношению к линейным или искровым молниям, которые в первую голову являются причиною образования собственно фульгуритов, профессора Махе и Швейдлер в своем учебнике по атмосферному электричеству прямо говорят о винтовом пути их в атмосфере. Они же указывают, что, вследствие перспективного искажения, этим явлением может быть объяснено попятное движение некоторых из таких молний (петлистые молнии). Опираясь на сказанное, надо думать, что высота винтового хода молнии в свободной атмосфере очень велика по сравнению с той, которая наблюдается, например, в таком сыпучем теле, как песок (то-есть у песчаных фульгуритов). Произвести числовые измерения в этом отношении, связать весь этот вопрос с условиями проводимости среды, ролью магнитного поля Земли, направлением молнии и проч. есть, мне кажется, весьма любопытная задача геофизического исследования. Молния, ударяя в высокие деревья, иногда очень явственно огибает их ствол по винтовой линии. Вот что, например, пишет Р. Гартиг в своей книге "Болезни деревьев". "Виды повреждения одной и той же древесной породы крайне разнообразны". "Полоса от молнии начинается в кроне дерева, перепрыгивает часто большие расстояния по длине ствола, переходя с одной стороны на другую, возвращаясь опять на ту же сторону, следует направлению волокон, как прямо, так и спирально расположенных". "Иногда молния обнажает ствол от коры, так что последний остается голым, или же расщепляет его по длине на многие части, раздробляет по волокнам и отбрасывает большие щепы на 100 шагов в сторону"."Зажигание молнией происходит лишь у деревьев сухих или имеющих сухие сучья или сухую древесину". Из капитального сочинения Зорауера о болезнях растений я приведу следующие выдержки. Пирамидальный тополь обычно поражается ниже вершины, причем след молнии является прямым или в виде очень растянутой спирали. Дуб обычно поражается в вершину, причем лента удара большею частью является в виде типичной спирали. "Во всяком случае", говорит Зорауер, "направление и вид ленты зависит от строения древесины: так, чем чаще завиты спиралью древесные волокна, тем больше вьется и след молнии; объясняется это поисками лучшего электропроводящего пути". В его труде воспроизведен рисунок поражения дуба, где спиральный ход был выражен якобы особенно хорошо (на ели я, однако, видел это гораздо лучше, см. ниже). Судя по его указанию, дуб этот имел 23 метра высоты, а удар, судя по рисунку откуда началась спираль, пришелся на высоту около 16 метров от земли. На этих 16 метрах, по-моему, умещается три полных оборота молнии. Иначе говоря, ход винта должен быть немногим более 5 метров (двух с половиною саженей). Направление завитков слева направо. В. К. Черкас (Новочеркасск) сообщил мне, что в 1891—1892 году в имении Галагана Прилукского уезда Полтавской губернии, село Сокиренцы, ему пришлось видеть пирамидальный тополь, только что пораженный молнией. Дерево было большое и стройное. Ударом молнии была проведена по стволу спиральная лента, а самый ствол упал на землю, так что остался лишь пень в его рост (1,8 метра). Дерево было как бы срезано, причем срез был измочален. В дни моего детства, проведенного в Петровской Сельско-Хозяйственной Академии близ Москвы, примерно в 90-х годах прошлого столетия, мне врезался в память удивительно интересный случай поражения молнией громадной стройной ели, стоявшей в парке на берегу главного пруда близ лодочной пристани. Дерево это засохло, хвоя осыпалась, и тогда особенно ясно стала видна буровато-желтая равномерным винтом опоясывающая его сверху донизу полоса, обнаженная от коры. Насколько я могу судить по памяти и воспоминаниям о трудности влезания по стволу между мутовками ветвей, ход винта здесь был не менее 3—3½ метров.
Предлагаемая мною классификация фульгуритов рисуется в следующем виде:
1) Фульгуриты,существующие очень короткое время (нефиксированные):
a) фульгуриты атмосферные или воздушные,
b) фульгуриты водяные, снежные и ледяные.
2) Фульгуриты,существующие более продолжительное или даже неопределенно долгое время (фиксированные):
a) фульгуриты органические — растительные и животные,
b) фульгуриты песчаные,
c) фульгуриты каменные,
d) фульгуриты громоотводные.
В этой классификации встречаются подразделения, о которых выше не было речи. Это требует некоторых пояснений.
Фульгуриты водяные возникают при ударе молнии в водоемы, особенно озера, моря и океаны. Здесь по ее пути возникают явления электролиза растворимых солей, что может быть обнаружено при лабораторных опытах подмесью к жидкости лакмуса. Ударное пространство является источником возникновения волнообразных сотрясений, распространяющихся во все стороны в воде. Снежные и ледяные фульгуриты могут, повидимому, образоваться особенно в горах, покрытых снегом и ледниками. В литературе (с моих слов) есть об этом упоминание, опирающееся на личное указание покойного В. И. Воробьева, видевшего фульгуриты летом 1903 года в снегу горы Шугус на Кавказе. Очень возможно, что этот тип фульгуритов, представляющий уже переход к настоящим фиксированным типам, может образоваться не только под действием искровых молний, но также шаровых и др. Здесь возможно ожидать форм трубчатых, как в песке, а также таких, которые наблюдаются в твердых горных породах. Первые должны характеризовать снег, вторые фирн и лед. К числу животных фульгуритов следует отнести разного рода повреждения, наносимые молнией человеку или животным. Фульгуриты громоотводные выражаются в случаях оплавления, переноса и улетучивания металла металлических проводников, а также в сплавлении цемента, кирпича и строительного камня, встречаемых на пути. Случаи поражения молнией зданий представляют обычно следы фульгуритизации, где смешаны разнообразные ее типы, названные выше. Область этого рода примеров чрезвычайно велика, и мы не будем ближе входить в ее анализ (см., напр., книгу К. Фламмариона,"Атмосфера").
Фульгуриты представляют собою так или иначе фиксированные электрические разряды. По этой причине полное знакомство с ними требует в виде предпосылки более или менее точного знакомства и с типами разрядов. В этом отношении наука обладает громадным опытным материалом (разряды в газах, жидкостях и твердых телах). Еще недавно светящиеся электрические разряды обычно разделяли на такие типы: свечение, кисть, искра и дуга. Деление это однако теперь считается несколько схематичным. Теплер (1900 г.) предложил его видоизменить следующим образом: а) формы почти непрерывного разряда: свечение, кисть, кисть-дуга и огненная дуга, в) формы прерывных разрядов. Здесь те же типы, причем каждый из них может рассматриваться, как результат повторных, один за другим следующих, почти непрерывных разрядов. Другое деление коренится в представлениях ионной теории, но в общем родственно по внешней форме с приведенным выше. Все формы разрядов показывают родственные отношения и при известных условиях могут переходить одна в другую. Что касается классификации молний, то таковая может быть представлена в следующем виде: плоская, линейная или искровая, четковидная и шаровая. Наибольший интерес в данном случае для нас представляет молния искровая и вообще искровой разряд. Механизм образования искры, а следовательно косвенно и самого фульгурита, стал особенно доступным с того времени как В. Феддерсен в 1862 году предложил пользоваться для анализа явления зеркалом или экраном. Если скорость вращения такого зеркала известна, то можно определить, рассматривая искру на экране или фотографируя ее, как она изменяет свой вид в течение того короткого промежутка времени, в который она существует. Так поступали Феддерсен (к его работе приложены таблицы фотографических снимков), Руд (Rood), Троубридж, Ф. Шмидт и др. Для анализа искры можно применять также скоро вращающуюся камеру (иначе говоря в конечном счете вращающуюся фотографическую пластинку). Последний прием разработан Вальтером (его работы 1898, 1899 и 1906 г.г.), давшим многочисленные снимки искусственных искровых разрядов и молний. На фотографических снимках ясно видно, что длинная искра возникает не сразу в пределах разрядного пространства, а прокладывает свой путь толчками, причем частные разряды постепенно удлиняются, носят характер кистей и исходят главным образом от анода, а более слабые, отрицательные разряды, намечаются от катода. Так как явление происходит не мгновенно, то в зеркале или на фотографических снимках видно, что каждая последующая фаза в развитии искры является смещенной в горизонтальном направлении относительно предыдущей. Замечательно, что все "предварительные" разряды в главном своем стволе точно параллельны друг другу, иначе говоря пользуются тем самым путем, что и главная результирующая искра (лишнее доказательство реального существования воздушного фульгурита, предопределяющего ход главного разряда). Прямое наблюдение искровой молнии не так часто позволяет видеть ее ветвистость, при фотографическом же воспроизведении ее таковая является правилом (мы видели, что то же доказывают фульгуриты, а также существование нескольких фульгуритов в месте удара молнии). На это обстоятельство обратил внимание уже один из первых фотографов молнии Кайзер, работавший по методу наиболее простому: он устанавливал на бесконечность ночью фотографическую камеру, направляя ее при открытом объективе на то место неба, где особенно часто блистали молнии. Он первый запечатлел одну молнию, ствол которой состоял из очень сближенных четырех лучей одинакового контура во всех своих мелочах. Он считает, что это явление, при условии покойного состояния камеры, вызвано тем, что молния представляет собою колебательный (осцилляторный) разряд, то-есть попеременно идущий то от земли, то к земле. Нужно однако сказать, что колебательный характер молнии признается не всеми (противного взгляда, например, держится Теплер). Не исключена, мне кажется, возможность, что камера у Кайзера дрогнула, например, при порыве ветра, то-есть, иначе говоря, фотографическая пластинка получила быстрое боковое смещение. Если это так, то и любитель, не имеющий в своем распоряжении вращающейся камеры или зеркала, получает при известных условиях простой способ развертывать это величественное явление природы во времени (конечно, все это будет крайне примитивно и в решительных случаях спорно). Выяснить, встречаются ли среди молний колебательные типы, важно для рационального устройства громоотводов. Дело в том, что если направление тока в молнии действительно периодически меняется, то громоотводы должны удовлетворять не только требованию малого сопротивления, но и должны обладать возможно малой самоиндукцией. Если молния представляет собою колебательный разряд, то при образовании фульгурита мы можем, мне кажется, ожидать еще следующих явлений. Молния — вибратор, а кварцевый песок — резонатор. Так как упругость эфира в атмосфере и в кварце, равно как электропроводность песка — разные, то периоды колебания того или другого будут разными. При этих условиях должны появиться биения, амплитуда будет испытывать периодические колебания, причем максимумы ее постепенно будут уменьшаться вследствие затухания колебаний. Так как кварцевый песок, играющий роль когерера, является сравнительно плохим проводником, а такие тела разбрасываются искровыми разрядами, то не исключена, мне кажется, возможность образования периодических пучностей фульгуритовой трубки (пульсация трубки), как это, может быть, имело место у киевского (из Вигуровщины) фульгурита — я подметил там нечто подобное. Чередование этих пучностей с узлами для силы тока и потенциала его должны быть обратными. Явление это должно выражаться периодическими изменениями теплового эффекта (а это для нас особенно важно, когда идет дело об образовании фульгурита) вдоль ветвей фульгурита или его главного ствола. Если бы фульгурит фиксировал таким путем стоячие волны, то мы бы получили возможность определить их длину в молнии при прохождении через песок. Задача, как можно видеть, чрезвычайно любопытная и для физиков. Зная приблизительное расстояние грозы от места наблюдения и прибегая к измерению в смещении главной искры на фотографических снимках (при этом надо знать скорость вращения зеркала или камеры), мы получаем возможность оценить продолжительность существования молнии. Так, было найдено, что очень часто молния продолжается менее тысячной доли секунды, но бывают случаи, когда время это измеряется и несколькими сотыми секунды. Что касается силы тока и напряжения в молнии, этих основных электрических величин ее, то были попытки определить их порядок разными путями. Так, Поккельс по величине остаточного намагничения, вызванного в призмах из базальта, установленных близ громоотвода, в различных случаях находил, что сила тока измеряется 8.600, 11.000 и 20.000 ампер. При короткой длительности молнии разряжающееся количество электричества должно измеряться несколькими кулонами (надо, однако, заметить, что Рикке оценивает его больше, именно в 50—100 кулонов). Столь невысокие величины количества электричества объясняют нам, почему искровые разряды вообще обладают слабым электролитическим действием. Что касается величины напряжения, то таковое должно быть очень велико. Так, Вальтер, опираясь на экспериментальные данные по изучению искровых разрядов, полагает, что молния длиною всего в 200 метров должна иметь напряжение приблизительно в 130 миллионов вольт. Эмде вычисляет при известных допущениях, что период колебания в молнии измеряется в круглых цифрах 5.000 в секунду, эффективная сила тока равняется 26.700 ампер при высоте облака в 1 километр и 10 миллионов вольт напряжения. Ток опережает напряжение на четверть периода. По опытам Лане, Гарриса и Рисса считали, что разрядное расстояние электрической батареи растет точно пропорционально плотности имеющегося электрического заряда. Опыты Рийке однако показали, что увеличение разрядного расстояния опережает нарастание потенциала. Это становится особенно заметным в случаях очень больших искр, куда относятся молнии. Феддерсен впервые установил, что с увеличением сопротивления проводника число колебаний в разряде уменьшается, причем колебательный разряд этим путем можно даже перевести в непрерывный, не осциллирующий. Эльстер и Гейтель установили одновременным измерением падение потенциала, а также на основании наблюдений над огнями св. Эльма, что окраска молний зависит от направления тока в них: при красноватых молниях земля служит анодом, при голубых — катодом. Часто встречаются случаи, что на передней стороне грозы преобладают красноватые, а на задней стороне — голубоватые молнии. Если будут случаи прямых наблюдений образования фульгуритов, было бы весьма желательно, чтобы на цвет молнии было обращено также внимание. Искусственное получение фульгуритов в сыпучих телах предпринималось еще мало и притом оно запоздало против опытов пробивания различных массивных непроводников, какими являются картон, стекло, шеллак, эбонит и др. С этих последних опытов мы и начнем. Лихтенберговы фигуры (названы в честь первого наблюдателя их в 1778 году) получаются, если разряд происходит между электродом и непроводником, так что электричество растекается по поверхности изолятора (ср. следы оплавления горных пород молниями). Самые фигуры образуются благодаря избирательному разделению сообразно знаку электричеств в порошке сурика (красный) и серы (желтый). Смесью этих порошков обсыпают поверхность изолятора через кисею, причем благодаря трению частиц сурик электризуется положительно, а сера отрицательно. Здесь ясно сказывается разница между положительным и отрицательным электричеством: если лейденская банка была заряжена положительно, то возникает сильно разветвленная, звездчатая (желтая) фигура; если банка заряжена отрицательно, то получается красный кружок без лучей (в обоих случаях прикасаются к поверхности изолятора, например, шеллаковой пластинки, шариком банки). Рэтли делал скользящий разряд по поверхности фотографической пластинки, который на ней и был запечатлен. Этим путем он думал объяснить образование у песчаных фульгуритов крыльев, полагая, что последовательные горизонты песка представляют собою как бы систему наложенных друг на друга плоских изоляторов (объяснение это мне кажется искусственным). Для того, чтобы пробить изолятор, а не получить скользящий разряд, практика выработала разные приемы (см. в частности работы Гольца, Кисслинга с Вальтером и др.). Гольц показал, что разрядное пространство в лучших изоляторах больше, чем в худших, что в них получаются разряды в виде кисти, что изоляторы нагреваются, могут плавиться и химически разлагаются (даже стекло). Он же показал, как под микроскопом можно наблюдать путь искры. Искра, которая пробивала 20—30 см. длины массивный стеклянный цилиндр поперечником 5—10 см. вдоль его оси, в воздухе имела длину 30 см. Для пробивания стеклянной пластинки 1,7 см. по своему методу Кисслинг и Вальтер должны были прибегать к искрам, имевшим в длину в воздухе 25 см. Их опыты показали, что самые незначительные трещины на поверхности диэлектрика облегчают пробивание его искрами. Фойгт нашел: 1) слюда при толщине 0,2—1 мм. пробивается при 25—40 киловольтах; 2) стекло обыкновенное, толщиною 1—5 мм., при 40—90 киловольтах. Диэлектрическое сопротивление чистой воды, приблизительно, в десять раз больше, чем нормального воздуха. Весьма любопытно, что при своих опытах Кисслинг и Вальтер наблюдали, что канал от искры в стекле иногда совсем может закрываться (заплывать), так что его нельзя и найти.
Первые опыты получения фульгуритов в сыпучих телах, насколько я знаю, были описаны в 1828 году Беданом, Гашеттом и Саваром. Они действовали искрами от сильной батареи на мелко истолченное стекло, помещенное в углубление кирпича. Прибавление поваренной соли, способствуя плавкости стекла, позволило приготовить трубочки несколько больших размеров. Одна из трубок, приготовленная из толченого стекла, достигла в длину 25 мм., наружный ее диаметр у одного конца был 3 мм., другого — полтора мм., а ее просвет равнялся половине миллиметра. Таким образом, эта трубочка утончалась и притом неправильно от одного конца к другому. После прибавления соли к стеклу была получена трубочка в 30 мм. при наружном диаметре в 4½ мм. и внутреннем 2 мм. Опыты с измельченным в порошок полевым шпатом и кварцем остались безуспешными. В. Рольман описал в 1868 году свои опыты получения фульгуритовых трубочек в серном цвете, к которому он иногда прибавлял и другие вещества (железные опилки, окись железа, окись ртути и др.). Полученные трубочки могли достигать 8 см., но всегда ломались на мелкие кусочки при вынимании из стеклянной трубочки, в которой производился опыт. Искры пропускались через электроды. Трубочки были круглые или гранистые и показывали неправильные изогнутия (unregelmässig hin- und hergekrümmt). Толщина их по всей длине вобщем была одинаковая. Обычно она равнялась приблизительно 2 мм. С меньшим успехом он экспериментировал с канифолью, стеарином и некоторыми другими веществами. Спустя много времени после этого Вуд (Wood), погружая угли дугового фонаря в песок, получил короткие толстые трубки, показывавшие спиральный ход. В 1905 году я опубликовал о своих опытах получения фульгуритов (Зап. Киев. Общ. Ест. 1905, том 19, стр. 139—144). Переменные токи высокого напряжения, которыми пользовались во время этих опытов, равнялись 60—80 тысячам вольт. Замыкание длилось по несколько секунд. В каждом опыте обыкновенно делалось несколько таких замыканий. В первой серии опытов употреблялся мелкозернистый (диаметр зерен 0,1—0,15 мм.) белый кварцевый песок. Наиболее удачной оказалась следующая форма опытов. Песок располагался на толстой стеклянной пластинке валиком сантиметров в 5—6 высотою, при длине его в 15—20 см. Электроды в виде проволок вставлялись в оба узкие края этого валика, не касаясь стекла, так что ток мог итти по длинной оси валика. Оказалось существенно необходимым слегка смачивать гребень валика водою (проводящий путь), так как в противном случае получался скользящий разряд по стеклу — при этих условиях в стекле образуется бороздка, наполненная как бы бисером из переплавленного стекла (нечто подобное наблюдал Бонней в оплавленных молнией андезитовых скалах Анд), к которой приплавляются соседние части песка, и только изредка в самый песок отходит трубчатый фульгурит из чистого песка. В первом случае получается разветвленный фульгурит, ветви которого смыкаются в местах входа и выхода тока через проводники. На стеклянной пластинке удается получить свободную фульгуритовую сеть, которая держится на ней лишь немногими приплавленными к стеклу местами ветвей (см. рис. 3).
Эти песчаные фульгуриты до иллюзии напоминают природные. Кроме круглых более тонких трубочек наблюдаются гранистые и более толстые ветви. Те и другие имеют спиральный ход. Наибольшая толщина гранистых трубочек 4 мм., обыкновенная же толщина круглых всего 1—1,5 мм. Местами трубочки показывают расширения. Что касается песка, в котором образовались фульгуриты, то никаких изменений в его массе не произошло. Это и понятно, так как самое нагревание песка во время опыта настолько незначительно, что прикосновение к нему сейчас же после пропускания искр вполне безопасно (в то же время кварцевые зерна, сплавляющиеся в трубки, требуют для этого нагревания не менее 1600—1700° по Цельсию). Песок во время опыта слегка разбрасывается по стеклянной пластинке; при этом он располагается по кривым, огибающим места окончаний обоих электродов. Цвет внешней бугристой стенки фульгуритов серовато-белый, эмаль, выстилающая их изнутри, молочно-белая. Поверхность и внутренность этой эмали показывают присутствие пузырей — действие паров воды. Наибольший фульгурит, нами полученный, весивший около двух граммов, имел в длину 14 см. Пропуская в тех же условиях искры через охристо-желтый песок (диаметр кварцевых зерен 0,03—0,5 мм., редко 1 мм.) были получены чисто-белые фульгуриты, к внешней поверхности которых приставали то желтые зерна кварца, то покрасневшие (такое изменение цвета песка вблизи природного фульгурита наблюдал Ремер). Зеленый глауконитовый песок (диаметр кварцевых зерен 0,15—0,2 мм., редко 0,5 мм.) дал черные блестящие фульгуриты. Цветового изменения песка даже в ближайшем соседстве с фульгуритом не замечалось. Интересно, что опыты с порошковатой химически-чистой кремне-кислотой и порошком типического лесса дали отрицательные результаты (последний факт следует сопоставить с тем, что в глинистой почве фульгуриты отсутствуют). Это обстоятельство может быть объяснено не химическим составом взятых веществ, а скорее мелкостью зерна, играющего важную роль в проводимости электричества. Интересно было, наконец, испытать массивную горную породу. Для опыта был выбран кусок андезито-дацита с Казбека в килограмм весом. Ни оплавления, ни внедрения искры в него не удалось однако вызвать. Надо думать, что для этого необходимы были еще некоторые дополнительные приемы ориентировки искр, как это уже давно выработали экспериментаторы-физики (см., например, в работах Гольца, Кисслинга с Вальтером и др.).
В 1909 году опубликованы опыты искусственного получения фульгуритов англичанкой Дарьей Бутчер. К сожалению, работа, обнаруживающая малое знакомство с литературой предмета, оказалась слабой и со стороны экспериментальной: Бутчер имела в своем распоряжении лишь батарею из 12 лейденских банок и потому могла получать лишь ничтожной величины трубочки (не более 6—9,5 мм. в длину) в таких легкоплавких веществах как поваренная соль, сахар, бура, резина, сургуч и смесь толченого стекла с поваренной солью. Основная задача ее работы состояла в том, чтобы проверить предположение одного из первых исследователей фульгуритов, доктора Фидлера, высказанное в 1817 году, что массивные толстостенные фульгуритовые трубки образуются положительным электричеством, а тонкие цилиндрические, стекловатые — отрицательным. Эту идею Фидлер подкреплял тем, что в массивных толстостенных трубках были признаки радиальной структуры, напоминающей собою Лихтенберговы фигуры. Бутчер, рассматривая полученные ею трубочки, не могла подметить разницы между положительными и отрицательными полюсами и заключила из этого, что Фидлер был неправ.
Как для природных, так и для искусственных фульгуритов остается открытым вопрос о причинах их спирального хода. Высказанное Вудом предположение о том, что здесь причина лежит в воздействии магнитного поля Земли на молнию (искру), представляющую собою подвижной ток, экспериментально осталось ни подтвержденным, ни опровергнутым. В лабораторных условиях опыт удается хорошо в такой форме. Берут электромагнит, причем один из его полюсов имеет вид длинного стержня. Если по гибкой металлической ленте пускать ток так, чтобы эта лента свободно висела вдоль стержня, то лента будет навиваться на стержень спиралью. Если ток изменит направление, то лента, обвившая стержень, быстро разовьется и завьется вокруг него в противоположном направлении. Опыт очень эффектен, но для природных условий является нерешенным вопрос, действительно ли подобный эффект на молнию может оказать слабое по напряжению магнитное поле Земли. Не исключена, мне кажется, возможность, что в солнечных протуберанцах может иметь место электромагнитное вращение под действием аналогичной же причины. На Солнце поле однако гораздо сильнее земного. В восходящей и нисходящей ветвях протуберанца вращение, поскольку оно вызывается этого рода причинами, должно иметь противоположное направление. Мало того, здесь должно периодически изменяться вращение в протуберанцах в зависимости от главного периода в солнечной вулканической деятельности, ибо ныне доказано, что здесь полярность солнечных пятен по своему знаку изменяется, а также знаки этих пятен различны для северного и южного полушарий. Вот почему очень любопытен вопрос о направлении завивки спирали для длинных вертикальных фульгуритов в песках южного и северного полушарий Земли: не будет ли тут разницы — если в северном полушарии они завиваются, как правило, слева направо, то в южном будет наоборот, как это имеет место для направлений вращения циклонов и антициклонов. Возможно, что и причинами этого вращения является электро-магнитное поле Земли. На такое предположение наводит последнее очень интересное открытие проф. М. А. Боголепова, изложенное в статье "О периодических изменениях климата“ (Труды Научно-Исследовательского Института Географии, Москва, 1925). Для отдельных станций по всему земному шару он обращал внимание на крайние величины давления воздуха, наблюденные в году и, получив разность для каждого года, выводил среднюю величину для каждой станции за ряд лет. Этим путем получается климатологический элемент, выражающий скорость изменения барометра в данном месте Земли. Соединив станции с одинаковым значением скорости изменения барометра, мы получим изолинии этой величины. Они вполне совпадают с изолиниями Лумиса для частоты полярных сияний (изохазмы) и с изоклинами земного магнетизма. Скорость изменения барометра тем больше, чем ближе магнитный полюс. "Это значит, что пульс земной атмосферы, выражаемый периодически, то активными центростремительными вихрями — циклонами (замечу, что при них-то и случаются главным образом грозы), то пассивными областями высокого давления — антициклонами, что пульс этот есть явление одного происхождения с явлениями электромагнитной жизни всего тела Земли".
В заключение позволю себе надеяться, что после всего сказанного фульгуриты обратят больше на себя внимания в самых разнообразных слоях населения, любителей природы и ученых разных специальностей. В частности я бы был очень доволен, если бы лица, живущие в областях развития песков, разыскали там фульгуритовые трубки и отрыли их на значительную глубину, обратив внимание на то, в каком направлении бывает завита спираль. Обломки, если их вынимать по порядку и нумеровать, можно потом склеить. Следует также обратить внимание на все случаи поражения деревьев, особенно высоких, молниями. Я был бы благодарен, если все относящиеся материалы по фульгуритам и таким поражениям деревьев направлялись мне по адресу: Новочеркасск, Донской Политехнический Институт, Кабинет Прикладной Геологии.
Новочеркасск. 1) Я лишен здесь возможности за неимением места полностью использовать имеющийся у меня материал и цитировать литературу. За ближайшими справками рекомендую обратиться к моему (тоже сокращенному) докладу Чешской Академии Наук за 1922 год (он напечатан по-русски и по-чешски), озаглавленному "О фульгуритах".
(стр. 25.)
Ноябрь 1925 года.