ЛЕКЦИИ
ПО
ПОПУЛЯРНЫМ И НАУЧНЫМ ВОПРОСАМ
ГРАФА
КЕЙТНЕССА, ЧЛЕНА КОРОЛЕВСКОГО ОБЩЕСТВА
ПРОЧИТАННЫЕ В РАЗНОЕ ВРЕМЯ И В РАЗНЫХ МЕСТАХ.
Второе дополненное издание.
ЛОНДОН: TRÜBNER & CO., LUDGATE HILL. 1879.
Ballantyne Press
BALLANTYNE, HANSON AND CO.
ЭДИНБУРГ И ЛОНДОН
СОДЕРЖАНИЕ.
ЛЕКЦИИ ПО ПОПУЛЯРНЫМ И НАУЧНЫМ ВОПРОСАМ. УГОЛЬ И УГОЛЬНЫЕ ШАХТЫ. НАУКА, ПРИМЕНЕННАЯ К ИСКУССТВУ. ГРОШ ЦЕНЫ; ИЛИ «БЕРЕГИ ПЕННИ, А ФУНТЫ САМИ СЕБЯ ПОБЕРЕГУТ». СРЕДСТВА СВЯЗИ В ПРОШЛОМ И НАСТОЯЩЕМ. ПАРОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ. О ТЯГОТЕНИИ. МАСЛО ИЗ СЕМЯН ЛЬНА. ВСЯКАЯ ВСЯЧИНА, ИЛИ ЧТО ВНУТРИ.
ЛЕКЦИИ ПО ПОПУЛЯРНЫМ И НАУЧНЫМ ВОПРОСАМ.
УГОЛЬ И УГОЛЬНЫЕ ШАХТЫ.
Мало найдется предметов более важных и при этом столь малоизвестных или таких, о которых так мало задумываются, как наши угольные шахты. Уголь — одно из наших величайших благ и, безусловно, одна из первопричин величия и богатства Англии. Он дал нам власть над другими народами, и огромные суммы денег ежегодно притекают в нашу страну из-за рубежа в обмен на уголь, который мы отправляем. Около 17 000 000 фунтов стерлингов составляет оценочная стоимость угля, добываемого каждый год у устья шахты, а 20 000 000 фунтов стерлингов представляют его среднюю стоимость в различных местах потребления. Капитал, вложенный в нашу угольную промышленность, помимо стоимости самих шахт, превышает 20 000 000 фунтов стерлингов, а количество угля, ежегодно извлекаемого из недр земли, составляет более 70 000 000 тонн. Принимая расчет рабочего шахтера Дж. Эллвуда из шахты Мосс близ Уайтхейвена, мы можем утверждать, что если бы 68 000 000 тонн были извлечены из горной выработки высотой 6 футов и шириной 12 футов, то длина этой выработки составила бы не менее 5128 миль и 1090 ярдов; или, если бы это количество угля было сложено в пирамиду, ее квадратное основание заняло бы более 40 акров, а высота составила бы 3356 футов.
Есть основания полагать, что добыча на различных угольных месторождениях мира в настоящее время ненамного превышает 100 000 000 тонн в год, и, следовательно, наша собственная страна дает более трех пятых от общего объема. Если мы разделим угледобывающие графства Британии на четыре класса, чтобы получить примерно равные объемы добычи, мы обнаружим, что Дарем и Нортумберленд ежегодно дают несколько больше, чем семь других графств, включая Йоркшир. Дербишир, в свою очередь, производит больше, чем восемь других графств, и почти столько же, сколько все Северный и Южный Уэльс, Шотландия и Ирландия вместе взятые — при этом добыча последних составляет около 17 000 000 тонн, а двух первых — около 16 000 000 тонн.
В 1773 году на реке Тайн было всего 13 угольных рудников, а к 1800 году их число возросло до более чем 30. В 1828 году количество рудников увеличилось до 41 на Тайне и 18 на Уире, всего 59, производивших 5 887 552 тонны угля. Добыча угля в Нортумберленде и Дареме в 1854 году составила не менее 15 420 615 тонн, а сейчас в этих двух графствах насчитывается 283 угольных рудника. Горные работы начались на Тайне и продолжились на Уире, где эта отрасль получила широкое развитие. Всего в Большом Северном угольном бассейне насчитывается около 57 различных угольных пластов, варьирующихся по толщине от 1 дюйма до 5 футов 5 дюймов и 6 футов, и эти пласты содержат в совокупности почти 76 футов угля. Принимая площадь этого бассейна за 750 квадратных миль — наиболее вероятная оценка — мы можем классифицировать его содержимое как бытовой уголь, энергетический уголь (или тот, что используется в котлах паровых двигателей) и коксующийся уголь, используемый для производства кокса и газа. Из общего количества в 750 квадратных миль на долю бытового угля приходится лишь 96, все остальное — это энергетический или коксующийся и газовый уголь. Большая часть даже этих 96 квадратных миль была выработана на Тайне, и запасы также быстро истощаются на Уире, где залегает основная масса бытового угля. Рудники на реке Тис, насколько нам сейчас известно, обладают лишь шестью квадратными милями из 96. Однако, обращаясь к той части угольного бассейна, которая считается ненадежной и состоит из бытового угля первого, второго и третьего сорта, мы имеем для будущего использования 300 квадратных миль. Лондон раньше снабжался из шахт к востоку от моста Тайн-Бридж, где находится знаменитый рудник Уоллсенд, давший название лучшему углю. Эта шахта сейчас затоплена и, подобно великому Римскому валу, у окончания которого она была заложена и от которого получила свое название, теперь является древностью. Угля Уоллсенд больше не существует, и основная часть нынешнего так называемого угля поступает с Уира, но пласт, который питал ту знаменитую шахту, продолжается в Дарем, и этот пласт, или его эквивалент, ежегодно отправляет миллион или два тонн в Лондон. Однако запасы в этом районе быстро сокращаются. Были проведены тщательные расчеты относительно вероятной продолжительности использования этого угля, краткое изложение которых приводится ниже. Количество пригодного для разработки угля, оставшегося в десяти основных пластах этого бассейна, оценивается в 1 876 848 756 ньюкаслских челдров (каждый по 35 центнеров). За вычетом потерь, а также подземных и поверхностных отходов, общий объем товарного крупнокускового или качественного угля составит 1 251 232 507 ньюкаслских челдров. Исходя из этой оценки, сделанной г-ном Гранвитом в 1846 году, мы можем прийти к вероятной продолжительности поставок: если принять будущее среднегодовое количество угля, добываемого из этих пластов, за 10 000 000 тонн — а это ниже нынешнего уровня — то все запасы будут исчерпаны через 331 год. Еще более поздняя оценка была сделана г-ном Т. Г. Холлом в 1854 году, и он оценил количество угля, оставленного для будущего использования, в 5 121 888 956 тонн; разделив это на 14 000 000 тонн годового потребления, получим 365 лет; а если годовой спрос достигнет 20 000 000 тонн, будущие поставки из этого знаменитого угольного бассейна продлятся 256 лет. Общий объем доступного угля (1871 г.) в британских угольных бассейнах на глубинах, не превышающих 4000 футов, и в пластах толщиной не менее 1 фута составляет 90 207 285 398 тонн, а с учетом пластов, которые еще могут стать доступными, залегающих под пермскими, новокраснопесчаными и другими перекрывающими породами, эта оценка увеличивается до 146 480 000 000 тонн. Этого количества при нынешнем годовом уровне добычи по всей стране, а именно 123 500 000 тонн, хватило бы на 1186 лет. Были выдвинуты и другие оценки различного рода относительно наших запасов угля: некоторые утверждали, что из-за роста населения и увеличения потребления в промышленности он будет исчерпан через 100 лет, и между этой крайностью и 1186 годами существует множество других предположений и оценок.
В Соединенных Штатах около 120 000 квадратных миль подстилаются известными пригодными для разработки угольными пластами, не считая того, что еще предстоит открыть; в то время как на скалах Новой Шотландии угольные пласты можно видеть один над другим на протяжении многих сотен футов, что показывает, как уголь был сформирован изначально. С таким огромным запасом топлива в кладовых земли кажется очевидным, что нам не нужно беспокоиться или тревожиться о продолжительности наших запасов угля. Кроме того, превращение растительного вещества в уголь, по-видимому, продолжается даже сейчас. В Соединенных Штатах есть торфяные болота значительных размеров, в которых было найдено вещество, в точности напоминающее богхед; и в некоторых ирландских торфяниках, как и на севере Шотландии, было обнаружено похожее вещество, очень легковоспламеняющееся, напоминающее уголь.
Да! Что могло породить эту странную на вид, черную, легковоспламеняющуюся породу? Сколько раз задавался этот вопрос, прежде чем наука смогла дать ответ? Теперь она может сделать это с уверенностью. Уголь когда-то был растущим растительным веществом. На поверхности сланца, непосредственно над углем, вы найдете бесчисленные отпечатки листьев и ветвей, столь же совершенные, как если бы их нарисовал художник. Но как это растительное вещество могло когда-либо скапливаться в таких массах, чтобы образовать угольные пласты столь огромной протяженности, некоторые из которых имеют толщину не менее 30 футов? Потребовалось бы 10 или 12 футов зеленого растительного вещества, чтобы получить 1 фут твердого угля. Давайте перенесемся в каменноугольный период и посмотрим на состояние Земли, и это может помочь нам ответить на вопрос. Встаньте на этот скалистый утес и посмотрите на это море зелени, чьи гигантские волны катятся в самых зеленых валах до самого горизонта — это каменноугольный лес. Заметьте то парообразное облако, плывущее над ним, признак постоянного сильного испарения. Запах утреннего воздуха подобен запаху оранжереи; и это неудивительно, ведь суша земного шара — это могучая теплица: земная кора еще тонка, и ее внутреннее тепло создает повсюду тропический климат, не сдерживаемый зимними холодами, тем самым принуждая растения к самому роскошному росту.
Спустимся вниз и давайте побродим по этому лесу, чтобы рассмотреть его ближе. Какие странные здесь деревья! Ни дубов, ни вязов, ни ясеней, ни каштанов — никаких деревьев, которые мы когда-либо видели раньше. Похоже, будто растения болотистого луга выросли за одну ночь до высоты 60 или 70 футов, и мы идем среди стеблей — гигантский луг из папоротников, тростника, трав и плаунов. Миллион колонн поднимаются вверх, настолько густо вверху, что они создают сумерки в полдень, а их стволы стоят так близко друг к другу, что мы едва можем пробраться между ними, в то время как земля устлана переплетенными стелющимися растениями. Что это за странные деревья! Под нами лежит слой растительного вещества толщиной более 200 футов — результат роста и разложения растений на этом болоте в течение столетий. Здесь все благоприятствует росту растительности: сильный жар от земли заставляет воду быстро подниматься в виде пара, а тот снова опускается ливнями, постоянно снабжая растения влагой. Воздух содержит большую долю углекислого газа, ядовитого для животных, но являющегося пищей для растений, которые с его помощью выстраивают свою древесную структуру. Ветры временами валят эти гигантские растения, ибо их связь с землей слаба, и таким образом масса продолжает увеличиваться.
Мы сейчас на краю озера, изобилующего рыбой, чья костяная чешуя сверкает в воде, когда они преследуют свою добычу. Вдоль берега лежат раковины, выброшенные волнами, а также видны следы каких-то крупных животных. Как же некоторые из этих следов похожи на отпечаток человеческой руки! Задние лапы явно намного больше передних. Вот и то лягушкоподобное животное, которое их оставило, и какой же оно величины! Оно должно быть шесть футов в длину, а его голова похожа на голову крокодила, ибо его челюсти снабжены грозными рядами длинных, крепких, острых, конических зубов.
Продолжающийся рост и разложение растительности в течение долгих эпох должны были создать пласты, подобные торфяным отложениям Америки и Великобритании. В Дисмал-Свомп в Вирджинии, как говорят, находится масса растительного вещества толщиной 40 футов, а на берегах Шеннона в Ирландии есть торфяное болото шириной 3 мили и глубиной 50 футов. Когда условия были гораздо более благоприятными для этих отложений, могли легко образоваться пласты толщиной 400 футов. Однако эта скопившаяся масса растительного вещества должна быть погребена, прежде чем мы получим угольный пласт. Как это происходило? Сама тяжесть могла вызвать проседание земной коры, образуя бассейн, в который реки, устремляясь с окружающей более высокой местности и неся в своих водах ил, сбрасывали его; вес этого ила, отложившегося на растительном веществе, спрессовал и сжал его до половины первоначального объема. Песок, принесенный впоследствии таким же образом и отложившийся на иле, спрессовал его в сланец, а растительное вещество, еще более уменьшившееся в объеме под этим дополнительным давлением, подготовилось к окончательному превращению в уголь. Со временем бассейн становится мелким из-за отложения осадка на дне, и тогда у нас появляется новое болото с его мириадами растений; происходит новое накопление растительного вещества, которое аналогичными процессами также погребается. Там, где тридцать или сорок угольных пластов были найдены один под другим, мы имеем свидетельство того, что суша и вода многократно менялись местами.
Когда растительное вещество оказывается изолированным от воздуха и под большим давлением, оно медленно разлагается, выделяя углекислый газ; сначала оно превращается в лигнит или бурый уголь, а затем в битуминозный уголь, или мягкий уголь, который горит дымным пламенем. Я был в угольной шахте, где углекислый газ, вырывающийся из трещины в угле, гасил зажженную свечу. Высокая температура, которой подвергался уголь, будучи погребенным на большой глубине, также, вероятно, способствовала этому изменению; и там, где эта температура была очень высокой, уголь под воздействием тепла терял свои горючие газы, и мы получаем твердый уголь или антрацит, который горит почти без пламени и без дыма. Это, по сути, уголь, превращенный в кокс под колоссальным давлением, и именно этот вид угля американцы используют исключительно в своих жилых домах и огромных отелях.
Сначала предполагалось, что растения каменноугольного периода были бамбуками, пальмами и гигантскими кактусами, подобными тем, что сейчас встречаются в тропических регионах, но более тщательное их изучение показывает, что, за исключением древовидного папоротника, встречающегося сейчас в тропиках, они отличаются от всех существующих деревьев. Большая часть растений каменноугольных отложений были папоротниками, некоторые авторитеты говорят — половина. По их огромному обилию мы можем судить о сильной жаре и влажности атмосферы в то время, когда они росли, поскольку подобные папоротники в наши дни встречаются в наибольшем изобилии только на небольших тропических островах, где температура высока. Уголь часто содержит отпечатки листьев папоротника и пальмовидных папоротников — не менее 934 видов нарисованы и описаны геологами. В угле находят много животных и насекомых, таких как крупные жабоподобные рептилии с красивыми зубами, мелкие ящерицы, водяные ящерицы, крупные рыбы с огромными челюстями, много насекомых из отряда прямокрылых, но ни одно из них не относится к тем же видам, что живут на этом земном шаре сейчас.
Дерево, торф, бурый уголь, гагат и настоящий уголь химически схожи, различаясь лишь содержанием кислорода из-за разницы в степени сжатия, которой они подвергались. Солнце отдало свое тепло и свет лесам, которые теперь превратились в уголь, и когда мы сжигаем его спустя века, мы возрождаем часть того тепла и света, которые так долго оставались нетронутыми. Стефенсон однажды заметил сэру Роберту Пилю, когда они стояли и смотрели на проходящий поезд: «Вот уходит солнечный свет прошлых веков!»
СТОИМОСТЬ ДОБЫЧИ.
Кратко изложив происхождение и масштабы угольных запасов этой страны, в частности северных угольных бассейнов Нортумберленда и Дарема, я думаю, будет интересно рассказать о стоимости, с которой добывается этот ценный продукт, поскольку я уверен, что немногие осознают, какие огромные суммы денег должны быть потрачены, прежде чем мы сможем сесть у наших уютных каминов, когда снаружи холодная зимняя ночь, и почитать книгу или собрать вокруг себя семью; и немногие знают об опасности и тяжести труда смелого рабочего, который рискует своей жизнью, чтобы добыть уголь. Первый шаг — выяснить, есть ли там уголь. Как только это сделано, следующий шаг — добраться до него, или, как это называется, «вскрыть» уголь. Процесс заключается в проходке шахтного ствола, и это одинаково опасно, неопределенно и очень дорого. Первая попытка заложить шахту в Хасвелле в Дареме была оставлена после затрат в 60 000 фунтов стерлингов. Проходчикам пришлось проходить через песок под магнезиальным известняком, где хранились огромные количества воды, и хотя были установлены двигатели, откачивавшие 26 700 тонн воды в день, поток все равно оставался победителем. Эта сумма кажется невероятной, но таков факт. На другом руднике близ Гейтсхеда (рудник Гус) откачивали 1000 галлонов в минуту, или 6000 тонн воды в день, а за то же время поднимали всего 300 тонн угля, и таким образом количество поднятой воды превышало количество угля в двадцать раз. Самым поразительным предприятием в горном деле была шахта Далтон-ле-Дейл, в девяти милях от Дарема. 1 июня 1840 года они откачивали 3285 галлонов в минуту. Были установлены двигатели, которые поднимали 93 000 галлонов в минуту с глубины 90 саженей, или 540 футов, и это делалось день и ночь. Сумма, затраченная на то, чтобы добраться до угля в этой шахте, составила 300 000 фунтов стерлингов. Г-н Холл оценивает капитал, вложенный в угольную промышленность графств Дарем и Нортумберленд, включая частные железные дороги, вагоны и доки для погрузки судов, в 13 000 000 фунтов стерлингов.
Большая трудность при добыче угля, если эти верхние пласты истощатся, заключается не только в увеличении стоимости проходки на большую глубину, но и в повышенной температуре, при которой приходится работать. На глубине 2000 футов температура в шахте повышается на 28°, на 4000 — на 57°; к этому нужно добавить постоянную температуру 50,5°, так что на глубине 2000 футов она составит 78,5°, а на 4000 — 107,5° по Фаренгейту. Согласно фактическим испытаниям 17 июля 1857 года в шахте Дакингфилд, температура на глубине 2249 футов составляла 75,5°. Из этого можно понять, в какой сильной жаре приходится работать людям, а работа эта очень тяжелая. Можно представить, что можно вынести, но работать при более высокой температуре было бы практически невозможно. Я могу говорить об этом по собственному опыту, так как, когда я был в шахте Леди Лондондерри, температура была 85°, и там люди работали голыми. Еще один большой источник расходов и беспокойства заключается в поддержании кровли, так как из-за чрезмерного давления кровля и почва всегда стремятся сойтись, поэтому необходимо использовать подпорки, и в некоторых шахтах они обходятся до 1500 фунтов стерлингов в год. Отвлекаясь на мгновение, расскажу забавную историю о Гримальди, знаменитом клоуне, который посетил угольную шахту. Пройдя некоторое расстояние по шахте, внезапный шум, вызванный падением угля с кровли, заставил его спросить о причине шума. «Алло!» — воскликнул Гримальди, сильно испугавшись, — «что это?» «Эх!» — сказал его проводник, — «это всего лишь маленький кусочек угля упал — у нас такое бывает три-четыре раза в день». «Тогда я попрошу вас позвонить за моей корзиной, ибо я больше не останусь среди падающих кусочков угля». Этот «кусочек» весил около трех тонн. Большая часть печальных несчастных случаев в угольных шахтах вызвана этими обрушениями кровли, которые не дают предупреждения, а внезапно обрушиваются и насмерть придавливают тех, кто оказывается рядом.