Text
                    ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ
тт г\ м а ш и а а
АВГУСТ 2026
*


\л}' * ДОМАШНЯЯ ЛАБОРАТОРИЯ Научно-практический и образовательный интернет-журнал homelab.Ohi.me Адрес редакции: homelab@gmx.us Статьи для журнала направ- лять, указывая в теме пись- ма «For journal». Журнал содержит материалы найденные в Интернет или написанные для Интернет. Журнал является полностью некоммерческим. Никакие го- норары авторам статей не выплачиваются и никакие оп- латы за рекламу не принима- ются. Явные рекламные объявления не принимаются, но скрытая реклама, содержащаяся в статьях, допускается и даже приветствуется. Редакция занимается только оформительской деятельно- стью и никакой ответствен- ности за содержание статей не несет. Nft ЩжШ П-П - - ^ СОДЕРЖАНИЕ Священная римская империя (окончание) Аз бука нанотехнологии (продолжение) Биометрия (окончание) Пиротехнические составы Выращиваем кристаллы Некоторые методы органической химии Август 2026 История Ликбез 91 154 Химичка 208 238 251 Схемы на операционных усилителях Генератор импульсов Программирование микроконтроллеров AVR и PIC Манометры термопарные Манометры ионизационные Измерение вакуума в лампе Электроника 260 280 292 Техника 365 374 383 Статьи редактируются, но орфография статей является делом их авторов. использовании материа- этого журнала, ссылка При лов на него не является обяза- тельной , но желательной. Никакие претензии за не- вольный ущерб авторам, за- имствованных в Интернет статей и произведений, не принимаются. Произведенный ущерб считается компенсиро- ванным рекламой авторов и их произведений. По всем спорным вопросам следу- ет обращаться лично в соответ- ствующие учреждения провинции Свободное государство (ЮАР). При себе иметь, заверенные ме- стным нотариусом, копии всех необходимых документов на афри- каанс, в том числе, свидетель- ства о рождении, диплома об образовании, справки с места жительства, справки о здоровье и справки об авторских правах (в 2-х экземплярах). Эмульсия разрядом Хладагенты из фруктов Листовые материалы в корпусостроении Химический анализ почвы Физика на пальцах Натуралист на мушке Рассказы и повести Лекарственные растения (продолжение) Управляемые резисторы Переменные конденсаторы Технологии 391 401 417 Лаборатория 432 Мышление 496 Литпортал 560 676 Разное 713 766 773 НА ОБЛОЖКЕ Рисунок к публикации «Физика на пальцах».
История СВЯЩЕННАЯ РИМСКАЯ ИМПЕРИЯ Карл Йордан, Йозеф Флекенштейн (продолжение) КНИГА II. БОРЬБА ЗА ИНВЕСТИТУРУ И НАЧАЛО ЭПОХИ ШТАУФЕНОВ (1056-1197) ЧАСТЬ I. ПЕРИОД БОРЬБЫ ЗА ИНВЕСТИТУРУ Глава 1. Империя после смерти Генриха III. Регентство императрицы Агнессы Понятие борьба за инвеституру28, которым принято обозначать время с момента смерти Генриха III до Вормсского конкордата, недостаточно полно отражает ис- Инвеститура (от лат. investio — облачаю) — церемония введения в должность еписко- па или аббата: вручение посоха и кольца, символизирующих духовную власть, и скипетра (жезла) как символа светской власти, с передачей владения — церковного бенефиция. В широком смысле — символический акт введения сеньором вассала во владение феодом. — Прим. ред.
торическое значение этого периода. Спор о замещении духовных должностей раз- растается вскоре до принципиальной полемики о соотношении regnum и sacerdotium (светской и духовной власти) и о месте церкви в обществе. Кроме того, на рубеже XI и XII веков во многих областях западноевропейской жизни, в политике, законодательстве, экономике и культуре, наблюдаются новые важные процессы, которые придают этим десятилетиям особое значение как эпохе глубо- ких изменений. Правление Генриха III является кульминацией, но в то же время и окончанием эпохи подъема в германской истории. Внутри страны этот монарх завершил поли- тическое формирование системы имперской церкви, за пределами страны придал империи такую мощь, какой у нее до сих пор не было. Двигаясь в традиционном русле германской королевской политики, он ощущал себя связанным с новыми ре- лигиозными силами своего времени и хотел использовать их на благо империи. Последние годы жизни Генриха, вероятно, были отмечены многими тяжелыми кон- фликтами. Однако в борьбе с племенной властью29 правитель все еще мог с уве- ренностью рассчитывать на помощь церкви. Лишь развитие ситуации после его смерти привело к тому, что обе эти силы, которые до сих пор часто бывали не- примиримыми противниками, объединились в совместной борьбе против королевской власти. Заботы о назначении наследником его сына, которому тогда еще не было шести лет, беспокоили императора до последних дней жизни. Поэтому он заставил кня- зей еще раз признать королевское достоинство молодого Генриха, уже в 1053 го- ду избранного королем, и поручил его и империю покровительству папы Виктора II. Опекунство над молодым королем приняла императрица Агнесса. Первостепен- ной задачей регентства должно было стать окончательное установление мира в Лотарингии, которое начал еще Генрих III. Были признаны притязания Готфрида на герцогство. Со смертью Виктора II, последовавшей вскоре после его возвращения в Италию в июле 1057 года, императрица потеряла своего лучшего советника. Агнесса была глубоко религиозной и осознающей свой долг личностью. Но, неискушенная в по- литике, она не справлялась с трудной задачей единоличного регентства. Хотя Агнесса и пыталась придерживаться прежней политики, удача не сопутствовала многим ее действиям. В 1057 году, после смерти Оттона III Швабского, она пе- репоручила его герцогство Рудольфу фон Рейнфельдену, самому могущественному князю юго-западной Германии. Ему же она передала и управление Бургундией. Вскоре после этого он женился на Матильде, одной из дочерей императрицы. Бо- лее серьезные последствия имел ее отказ в 1061 году от важного Баварского герцогства, остававшегося за короной с 1053 года: сюда был теперь был назна- чен саксонский граф Оттон Нортхеймский. В этом же году герцогство Каринтия было передано Бертольду фон Церингену. В Саксонии уже в 1059 году, после смерти Бернхарда II, согласно праву наследования трон занял его сын Ордульф. Однако Агнессе не удалось привлечь на свою сторону новых герцогов. Немецкий епископат также чуствовал себя совершенно отстраненным от имперской власти. Только епископ Генрих Аугсбургский оказывал более или менее сильное влияние на императрицу. Столь же малоуспешной была и внешняя политика регентши. Когда в Венгрии против короля Андраша, правившего с немецкой поддержкой, восстал его брат Бе- ла, то ему на помощь в 1060 году должно было прийти немецкое войско. Но поход 29 Термин «племенные герцогства» (Stammesherzogtumer), который подразумевает власть герцогов как продолжение власти вождей крупных этнических групп (племен) древних германцев, соответственно оформлявшееся и в традиционном сознании раннесредневековой эпохи, используется в немецкой историографии применительно ко всему периоду станов- ления и раннего развития феодальных отношений. — Прим. ред.
не удался. Сам Андраш погиб в бою, его сын Шаламон вынужден был бежать в Гер- манию . Во главе оппозиции, которая с годами становилась все сильнее, встал архи- епископ Аннон Кёльнский. Ему удалось привлечь на свою сторону архиепископа Зигфрида Майнцского. Договоренность о поддержке была у него и с Оттоном Норт- хеймским и другими представителями саксонской знати. Поэтому в апреле 1062 года в Кайзерсверте Аннон отважился силой захватить и увезти на корабле по Рейну двенадцатилетнего Генриха IV, подготовив этим государственным переворо- том конец регентству императрицы. Агнесса, которая еще осенью 1061 года по- стриглась в монахини, уехала в Италию, где затем вступила в тесные отношения с папской курией. Глава 2. Изменения в церковной реформе и ее успехи после смерти Льва IX При Льве IX церковная реформа, в том виде, как она сформировалась в Лота- рингии, достигла Рима. В свите Льва в Рим прибыли такие деятели, как Гумберт из Муайенмутье, Гуго Кандид из Ремиремона, Фридрих Лотарингский и Удо Туль- ский , продолжившие после смерти папы его дело. При этом для Льва определяющей была идея о том, что император и папа совместно должны проводить реформу в жизнь. Его последователь Виктор II продолжил работу над реформой церкви также в духе своего предшественника. После смерти Виктора II (28 июля 1057 года) намечается поворот в истории реформаторского папства. Уже через несколько дней кардинал Фридрих Лотаринг- ский под влиянием своего брата Готфрида, снова правившего, представляя дом Каносса, в Средней Италии, без согласования с немецким королевским двором был избран папой Стефаном IX. Лишь после своего возведения на престол Стефан от- правляет в Германию субдьякона Гильдебранда и епископа Ансельма Луккского, вероятно, для того, чтобы испросить постфактум разрешения регентши. Еще до их возвращения, в марте 1058 года, после всего лишь восьмимесячного понтификата, Стефан скончался. Его короткий понтификат не пошел дальше первых шагов. При нем завязались первые контакты между папской реформаторской партией и народ- ным движением в Милане, которое позднее было презрительно названо его против- никами, очевидно, по миланскому блошиному рынку, патарией (Pataria). Это дви- жение, возникшее в результате социальных противоречий между низшими народным слоями, с одной стороны, и знатью, а также аристократической по своей сути имперской церковью Милана, с другой, подхватило, призвав к очищению, требова- ния церковной реформы. С 1057 года оно начало открытую борьбу против богато- го, симонистского30 и вступавшего в браки духовенства города и против архи- епископа Видо. Руководители этого движения, дьякон Ариальд и субдьякон Лан- дульф, были взяты под папское покровительство еще Стефаном. Во время правления Стефана или сразу после его смерти Гумберт закончил свой трактат «Adversus simoniacos libri tres» («Против симониан, в трех книгах»). Если прежние церковно-политические трактаты ограничивались тем, что бичевали отдельные нарушения в церкви, то Гумберт в своем труде идет дальше и задается вопросом о корнях этого зла. Его причину он видит в праве мирян распоряжаться церковью. Для Гумберта любое принятие духовных должностей из рук мирянина яв- ляется симонией. Поэтому он требует канонического избрания епископов клиром и народом, а за королем, который для него также является мирянином, признает Симония — покупка и продажа церковных должностей (от имени евангельского персона- жа Симона-волхва). — Прим. ред.
только право совещательного голоса. Тем самым сомнению подвергались не только исторически сложившееся право частной церкви, но и прежний религиозно- политический порядок, который основывался на идее теократической королевской власти. Труд Гумберта значительно расширил программу церковной реформы. К требованиям упразднить симонию и ввести целибат31 теперь добавляется в каче- стве решающего момента борьба против светской инвеституры. Однако трактат Гумберта все же не следует рассматривать как официальную программу, тем более что он не получил широкого распространения. События в Риме после смерти Стефана продемонстрировали, насколько неста- бильным было положение реформаторской партии. Римскими знатными родами на престол ев. Петра был возведен в качестве папы Бенедикта X Иоанн (Джованни) , епископ Веллетри, племянник Бенедикта IX. По инициативе Гильдебранда и с со- гласия императрицы Агнессы реформаторы, вопреки этому, решили избрать папой епископа Жерара Флорентийского, родом из французской Бургундии. В Сиене он был возведен на папский престол под именем Николая II, вероятно, при содейст- вии клюнийцев. Готфрид Лотарингский ввел его в Рим, где Бенедикт вскоре отка- зался от борьбы. В 1060 году он был низложен. Короткий понтификат Николая II (1058-1061) стал для римской церкви во мно- гих отношениях эпохальным, прежде всего из-за решений Латеранского синода в апреле 1059 года. Его первоочередной задачей была легализация процедуры из- брания Николая II и урегулирование будущих выборов папы. Поэтому принятый си- нодом декрет об избрании папы определял, что право первого голоса имеют кар- диналы-епископы, и только затем необходимо привлекать к избранию прочих кар- диналов, в то время как остальной клир и народ Рима, как избиратели последней очереди, должны были обладать правом аккламации (одобрения). В случае невоз- можности проведения в Риме нефальсифицированных выборов кардиналы-епископы должны были иметь право вместе с некоторыми другими кардиналами назначать проведение выборов в другом месте. В случае, если бы в римской церкви не на- шлось подходящей кандидуры, разрешалось избрать духовное лицо не из Рима. При выборе кандидата должны были проявляться «honor» и «reverentia» («почет» и «уважение»), которые подобали королю. Декрет об избрании папы был направлен против римской знати, чье влияние на выборы необходимо было окончательно ис- ключить . Однако в декрете отсутствовали какие-либо выпады против германской королевской власти. В позднейшей практике это едва ли принималось во внимание — декрет означал, прежде всего, важный шаг на пути к формированию коллегии кардиналов. Далее синод принял решающие постановления против брака священников. Мирянам запрещалось слушать мессу, которую служили женатые клирики. Но особенно важ- ным был шестой канон синодального декрета, который впервые выражал общий за- прет светской инвеституры, в то время как вопросы симонии были впервые рас- смотрены на более поздних синодах. Вскоре после этого папство совершило поворот в своей итальянской политике. Под влиянием Гильдебранда, который в том же году получил важную должность ар- хидьякона, а также при посредничестве аббата Дезидерия Монтекассинского, ле- том 1059 года было достигнуто примирение с норманнами. Ричард Аверсский, за- воевавший тем временем Капую, и Роберт Гвискар, который начал осаду Калабрии, были признаны в своих правах на завоеванные территории и вступили в ленные отношения с курией. Николай II, очевидно, в Капуе, принял от Ричарда присягу на верность. Роберт Гвискар принес ему в Мельфи ленную клятву и принял в лен- ное владение Апулию, Калабрию и Сицилию, которую еще предстояло завоевать. Оба князя должны были не только принять на себя обычные вассальные обязатель- От лат. «caelebos» («неженатый») — обязательное безбрачие католического духовен- ства. — Прим. ред.
ства и пообещать ленную плату, но также и обязывались поддерживать любого за- конно избранного папу. Для норманнов этот лен означал признание высшим духов- ным авторитетом Запада их завоеваний, до сих пор считавшихся незаконными. Ку- рия приобрела в лице норманнских князей важных в будущем союзников, которые, впрочем, могли стать и опасными для нее. Поскольку при этом наделении ленами не были приняты во внимание права империи в Южной Италии, то этот союз мох1 внести напряженность в отношения между папством и германским королевским дво- ром. Глава 3. Схизма Кадала Нельзя с уверенностью назвать причины разногласий, которые позже возникли между Николаем II и королевским двором. Возможно, их следует искать в дисцип- линарных мерах папы, направленных против немецкого епископата. Папский легат, прибывший в начале 1061 года в Германию, не был принят при дворе. Еще раньше недействительными были объявлены распоряжения папы. После смерти Николая в июле 1061 года возник открытый конфликт. Римская знать отправила юному королю знаки патрицианского достоинства и просила его о назначении нового папы, но императрица Агнесса медлила с решением. Тем време- нем инициативу перехватил Гильдебранд, являвшийся после смерти Гумберта (май 1061 года) бесспорным руководителем реформаторской партии. При покровительст- ве Ричарда Капуанского он настоял на избрании папой епископа Ансельма Лукк- скохю, урожденного миланца, и возведении его на папский престол в Риме под именем Александра II (1 октября 1061 года). Лишь такое самовольное поведение реформаторов побудило королевский двор действовать. Под влиянием итальянского канцлера Виберта и ломбардского епископата в октябре в Базеле папой Гонорием II был провозглашен епископ Кадал Пармский. Это привело к схизме. Дошло ли дело до того, чтобы помочь Гонорию одержать победу и ввести его в Рим, оста- ется под вопросом. Со стороны регентства для этого не было сделано ничего, и в дальнейшем Агнесса вела себя нерешительно. Сам Кадал попытался из Северной Италии атаковать Рим военными силами, и весной 1062 года ему удалось завое- вать часть города. Тогда вмешался Готфрид Лотарингский и предложил обоим па- пам сложить оружие и до принятия германскими властями окончательного решения вернуться в свои епископства. Между тем в Германии в результате государствен- ного переворота в Кайзерсверте к власти вместе с Анионом Кёльнским также при- шли сочувствующие реформе силы. В конце октября Аугсбургский синод, для кото- рого Дамиани составил свое «Disceptatio synodalis» («Синодальное рассужде- ние») , решил отправить в Италию посольство, чтобы рассмотреть спор двух пап. Эта задача была доверена племяннику Аннона, епископу Бурхарду Хальберштадт- скому. Данное ему поручение вернуть в Рим Александра, в случае, если при его избрании не имело места слишком больших нарушений, уже означало будущее при- знание Александра, который теперь с помощью Готфрида возвратился в Рим. Одна- ко Кадал не оставлял своего намерения. Он собрал новое войско и в 1063 году вновь атаковал Рим, но, встретив совместное сопротивление Готфрида и норманн- ских князей, вынужден был вернуться в свое епископство. Проведенный на Троицу 1064 года синод в Мантуе вынес окончательное решение. Александр председатель- ствовал на нем, в то время как Гонорий II отказался явиться. На синоде при- сутствовал и Аннон с частью немецких епископов и князей. После того как Алек- сандр защитился от упреков в симонии посредством очистительной клятвы, он был признан законным папой. Гонорий был отлучен от церкви. Хотя в Ломбардии он еще имел некоторых приверженцев, но вплоть до своей смерти (1072 год) уже не играл никакой роли. Схизма 1061 года, которая, как иногда казалось, будет
иметь опасные последствия для реформаторского движения, завершилась, благода- ря перевороту при королевском дворе, победой реформаторов. Глава 4. Аннон и Адальберт — регенты империи В результате государственного переворота в Кайзерсверте Аннон Кёльнский стал истинным правителем империи. Вскоре, однако, он приобрел могущественного соперника в лице Адальберта Бременского, тогда как Зигфрид Майнцский не мог пока добиться решающего влияния на регентство. Несмотря на многие сближающие их черты, Аннон и Адальберт были принципиально разными натурами. Аннон (епи- скоп в 1056-1075 годах), потомок одного не очень состоятельного швабского ры- царского рода, был капелланом Генриха III, пока император в последний год своего правления не сделал его епископом в Кёльне. В дальнейшем его целью бы- ло увеличение имущества своей церкви также и за счет имперского достояния. Аскет по своей природе, он не был духовно близок юному королю, который не смог простить ему позор Кайзерсверта. Аннону были очень близки реформаторские устремления. Основанный им по образцу североитальянского реформаторского мо- настыря Фруттуария монастырь Зигбург стал центром реформаторского движения в рейнских землях, влияние которого распространялось далеко за пределы Кёльн- ской церковной провинции. Монастырская реформа смогла закрепиться также в ар- хиепископстве Майнцском при архиепископе Зигфриде. Адальберт Бременский (архиепископ в 1043-1072 годах) был, без сомнения, бо- лее значительным государственным деятелем. Он происходил из графского рода фон Гозек (на р. Зале) и обладал гордым и надменным характером. Вдохновляемый сильным тщеславием, он хотел сделать Бременскую церковь духовной метрополией всего севера. Патриарший план, которому он следовал в начале своего правле- ния, потерпел неудачу, столкнувшись с сопротивлением курии. Однако Адальберт никогда не отказывался от намерения все-таки осуществить его. С начала 60-х годов его взгляд был нацелен, прежде всего, на славянскую миссионерскую об- ласть. Здесь правление христианского князя ободритов Готшалка (ок. 1043-1066) предоставляло ему возможность вновь утвердить старое епископство Ольденбург и основать в Ратцебурге и Мекленбурге новые миссионерские епископства. Из-за своей политики, направленной на расширение собственного могущества в Бременском диоцезе, он уже при Генрихе III попал в оппозицию к Биллунгам. Эта оппозиция еще более обострилась при Генрихе IV, когда Адальберту удалось при- брать к рукам почти все графства своего диоцеза и тем самым добиться положе- ния , подобного герцогскому. Наряду с Анионом он, начиная с 1063 года, оказывал все большее влияние на управление империей. Внутри страны их правление вело к ослаблению королевской власти, так как и другие князья принимали участие в присвоении имперского достояния. Зато во внешней политике обоим регентам еще в 1063 году удалось достичь значительного успеха. Король Шаламон Венгерский, который был помолв- лен с Юдит (Юдифью), сестрой германского короля, сумел в результате военного похода вернуться в Венгрию и восстановил ленную зависимость Венгрии от импе- рии. В дальнейшем Адальберт стал единственным регентом. Когда король Генрих в 1065 году достиг совершеннолетия, и у него возникла мысль о походе, то этот план натолкнулся на сопротивление Адальберта. Он хотел помешать тому, чтобы Аннон в качестве эрцканцлера Италии в результате этого похода получил еще большее влияние. Территориальная политика Адальберта, в особенности его по- пытка прибрать к рукам два крупных имперских монастыря Корвей и Лорш, вызвала нарастающее сопротивления светских и духовных князей империи. На рейхстаге в Трибуре в январе 1066 года этот разлад проявился открыто. Было выдвинуто тре-
бование лишить Адальберта статуса советника короля. Генриху пришлось усту- пить. Из-за противостояния Магнуса Биллунга, сына герцога Ордульфа, Адальберт вынужден был на время даже покинуть Бремен и передать значительную часть сво- их завоеваний Биллунгам. Падение Адальберта имело роковые последствия для вендской миссионерской об- ласти. В том же году против Готшалка поднялось языческое реакционное движение под предводительством князя Круто. Готшалк был разбит под Ленценом, его вдова с их сыном Генрихом бежала к своему отцу Свену Эстридсену Датскому. Основан- ные Адальбертом епископства, церкви и монастыри стали жертвами этого восста- ния. Движение распространилось даже за пределами Вендской земли. Ободритами был разграблен также Гамбург. Биллунги были не в состоянии сохранить свой су- веренитет над славянами. Не имел успеха и поход, который был предпринят самим королем зимой 1068/69 года против лютичей. Однако поражение Адальберта как имперского регента не означало того, что Аннон вновь приобрел большее влияние. Теперь Генрих сам начал вершить судьбы империи. Вероятно, с 1069 года Адальберту удалось вновь приблизиться к коро- левскому двору, но до самой смерти (март 1072 года) он не смог вернуть своего прежнего положения. Герцогство Нижняя Лотарингия перешло в 1065 году к Готфриду Бородатому. Ко- гда в 1069 году он умер, ему унаследовал сын Готфрид Горбатый, который неза- долго до смерти своего отца женился на Матильде, дочери своей мачехи Беатрисы Тусцийской (Тосканской). Однако он не продолжил политику своего рода, направ- ленную против королевской власти, а все больше становился верным приверженцем Генриха IV. Власть в Тусции (Тоскане) перешла к маркграфине Беатрисе и ее до- чери Матильде, которая вскоре расторгла брак с Готфридом. Глава 5. Успехи реформаторского папства при Александре II После синода в Мантуе Александр II стал неоспоримым правителем западной церкви. Он продолжил путь, выбранный реформаторской партией начиная с правле- ния Стефана IX. Непосредственным руководителем папской политики становится Гильдебранд. Но, несмотря на поражение Кадала, положение папы в Риме и Сред- ней Италии отнюдь не было устойчивым. Уже тогда норманны оказались не очень послушными вассалами престола ев. Петра. Ричард Капуанский продвигался дальше на север и даже вторгся в Папскую область (1066 год) . Поэтому Александр обра- тился за помощью к германскому королю. Как и в 1065-м, в 1067 году германским королем было принято решение отправиться в римский поход. На этот раз план был расстроен Готфридом Лотарингским, который сам выступил с войском против Ричарда и вынудил его заключить мир. После этого норманнская завоевательная политика была направлена на юг. Роберт Гвискар завоевал всю Южную Италию. В это же время его младший брат Рожер начал завоевание Сицилии, которое в 1072 году завершилось неминуемым взятием Палермо. Понтификат Александра II характеризуется в первую очередь тем, что папство начинает расширять сферу своего влияния в Западной Европе. Возможность для этого предоставилась прежде всего в Испании, где утвердилось клюнийское мона- стырское движение. Гуго Кандид должен был действовать здесь в качестве пап- ского легата в пользу присоединения испанской церкви к Риму, но о результатах его миссии известно немного. Существенного успеха, однако, папская политика достигла в Арагоне: в 1068 году король Санчо прибыл в Рим, чтобы передать свою страну под покровительство ев. Петра. В 1066 году казалось, что подобные перспективы расширения непосредственного папского владычества открываются и в Англии. После смерти Эдуарда Исповедни-
ка, несмотря на соглашения о наследовании, которые он заключил с герцогом Вильгельмом Нормандским, королевский трон узурпировал эрл32 Гарольд Уэссек- ский. Когда Вильгельм, ревностный сторонник церковной реформы в Нормандии, решил после этого завоевать Англию, он получил поддержку Рима. По инициативе Гильдебранда папа Александр передал ему тогда «vexilium sancti Petri» («знамя святого Петра») и тем самым придал предприятию нормандского герцога характер справедливой войны. Хотя это вручение знамени и не имело государственно- правового значения, после образования англо-норманнской державы английская церковь также установила тесные отношения с континентальной. Во Франции, пока Филипп I, в 1060 году сменивший на троне своего отца Ген- риха I, не достиг совершенолетия, Александр неоднократно имел возможность вмешиваться во внутрицерковные вопросы. В Германии Генрих IV, заново замещая епископские должности, в основном следовал практике своего отца. Александр II был озабочен, прежде всего, тем, чтобы при этом соблюдался запрет на симонию. Так, новый архиепископ Удо Трирский получил из рук папы паллий только тогда, когда снял с себя обвинения в симонии. Аннон Кёльнский, Зигфрид Майнцский и другие епископы были призваны в 1070 году в Рим, чтобы защититься от подобных подозрений. Назначенный королем в том же году епископом в Констанц Карл выну- жден был отказаться от своего звания из-за симонистской формы своего назначе- ния. Ущерб нанесен был престижу самого короля, когда он из-за возражения папы должен был отказаться от своего желания расторгнуть брак с Бертой Туринской, длившийся всего несколько лет. Петр Дамиани в качестве папского легата добил- ся того, что проводившийся под его руководством в 1069 году во Франкфурте си- нод отверг требование короля. Еще при Александре II дело дошло до острого конфликта между королевским двором и курией из-за назначения архиепископа Милана. С 1066 года здесь во- зобновилась борьба между архиепископом Видо и патарией, руководителем которой после смерти Ландульфа стал его брат рыцарь Эрлембальд. Когда в 1070 году Ви- до отказался от своего сана, король Генрих назначил его преемником миланского священника Готфрида, тогда как патаренский союз вскоре после этого произвел в архиепископы клирика Атто, признанного также папой Александром. Когда король настоял на кандидатуре Готфрида, папа на пасхальном синоде 1073 года отлучил от церкви пять советников Генриха, оказавшихся будто бы виновными в симонии. Глава 6. Борьба Генриха IV с саксами С конца шестидесятых годов все очевиднее становились цели королевской поли- тики в Германии. Во время регентского правления Генрих вынужден был наблю- дать , как корона постепенно лишалась имперского достояния. Поскольку после передачи Баварии Оттону Нортхеймскому королевский дом больше не распоряжался герцогством, Генрих должен был попытаться восстановить территориальные основы королевской власти. Возможности для этого предоставлялись, прежде всего, в тюрингено-саксонском регионе, и особенно в областях к северу и к югу от Гарца, где богатые владе- ния дома Людольфингов после его угасания отошли империи, однако корона все же их потеряла. Примерно с 1070 года король приступил к возвращению в свои руки имперских владений, а также начал брать на службу жителей этих областей, по- скольку они исконно были расселены на государственной земле как королевские свободные. В качестве центров управления восстанавливались старые и строились новые укрепления-бурги. Для упрочения королевской собственности часто исполь- зовалась так называемая инквизиционная процедура, когда права короны утвер- Эрлы — англосаксонская родовая знать. — Прим. ред.
ждались при помощи показаний свидетелей. Уже сам этот метод рассматривался в Саксонии как вмешательство в старое ро- довое право. Однако противостояние между королевским домом и саксонской зна- тью усиливалось еще и потому, что в качестве помощников для проведения своей политики рекуперации33 Генрих привлекал, прежде всего, швабских министериа- лов34. Составляя гарнизоны этих бургов, они часто со всей резкостью использо- вали королевские права и не боялись превышения полномочий. Гослар, где вре- менно была установлена власть имперского фогта, и расположенный рядом Гарц- бург стали главными опорными пунктами королевской позиции. Позднее король смог на некоторое время завоевать и Люнебург, резиденцию Биллунгов. Укрепление - бург. В 1070 году это привело к открытому конфликту. Генрих IV выступил против Оттона Нортхеймского, чьи владения и лен на западной и южной окраинах Гарца представляли собой значительное препятствие для проведения политики короля. Обвинив Оттона в планировании покушения на короля, его вызвали на поединок. Но когда он выдвинул невыполнимые условия его проведения и не явился, то был поставлен вне закона и смещен. Герцогство Бавария было передано Вельфу IV, чья мать Кунигунда была замужем за Альбертом Аццо II, маркграфом Эсте. Оттон Нортхеймский в союзе с Магнусом Биллунгом, сыном саксонского герцога, вступил в борьбу. Но в начале 1071 года оба вынуждены были подчиниться, и были заклю- чены королем под стражу. Впрочем, через год, по ходатайству Адальберта Бре- менского, король помиловал Оттона. Тот, правда, должен был уступить королю часть своего имперского ленного владения, но частично получил обратно свой аллод. Однако перемирие с Оттоном Нортхеймским было все-таки лишь одним из мирных эпизодов в борьбе Генриха с саксами. Уже в 1073 году его встреча с королем Дании Свеном Эстридсеном в Люнебурге явилась поводом для толков об угрозе саксам. Тот факт, что после освобождения Нортхеймца Генрих все еще удерживал под стражей герцога Магнуса, хотя его отец Ордульф умер в марте 1072 года, вызвал новое недовольство. После того как ранней весной 1073 года синодом был Recuperatio (лат.) — получение обратно, возвращение. — Прим. ред. 34 Министериалы (от лат. ministerium — служение, служба, должность) — служилые люди монарха и феодалов, преимущественно несвободного происхождения; позже в значительной степени инкорпорированы в рыцарство. — Прим. ред.
решен в пользу архиепископа Майнцского длительный спор о праве на взимание десятины в Тюрингии, недовольство охватило и Тюрингию. Когда в том же году король поднял саксов в поход против поляков, саксонские князья потребовали устранения нарушений и организовали в июле в Хётенслебене (под Хальденслебе- ном) настоящий заговор. Наряду с Оттоном Нортхеймским руководителями все ак- тивнее выступали архиепископ Вернер Магдебургский и епископ Бурхард Хальбер- штадтский. Поскольку король не дал посланникам определенного ответа, войско подошло к Гарцбургу, где находился Генрих. Повстанческое движение охватило всю восточную Саксонию и Тюрингию. В руки противников короля перешла также часть крепостей. Северная и западная Саксония, напротив, вряд ли участвовали в борьбе. Положение Генриха стало особенно опасным, поскольку теперь против него вы- ступили также три южнонемецких герцога, почувствовавшие себя обойденными но- выми советниками короля. В этой ситуации большую моральную победу означала для Генриха поддержка со стороны бюргерства города Вормса. Горожане Вормса изгнали своих епископальных сеньоров и открыли ворота королю. Такой верности король был обязан тем, что в начале 1074 года он предоставил «Judei et coeteri Wormatienses» («иудеям и прочим вормсцам») освобождение от таможенных пошлин на ряде таможенных за- став . Вероятно, реальная помощь, которую ему мог оказать Вормс, была невели- ка. Но этой благосклонностью вольного движения бюргерства, мощно развивавше- гося здесь и в других городах Рейнской области — например, в Кёльне, где Ан- нону, впрочем, удалось подавить подобное выступление, — был указан путь, на котором германская королевская власть могла обрести новые силы для создания имперского могущества. Зимой 1073/74 года король с небольшим войском двинулся в Саксонию, но ока- зался недостаточно силен, чтобы позволить себе военное столкновение. Он ре- шился на переговоры, во время которых ему удалось добиться посредничества От- тона Нортхеймского в обмен на обещание вернуть Баварию. По Герстунгенскому миру (2 февраля 1074 года) он вынужден был в полной мере признать требования саксов. Хотя имущество империи сохранялось, Генрих пообещал разрушить ненави- стные бурги. Тем самым ему удалось отделить своих саксонских противников от южногерманской оппозиции князей. Внутри Саксонии также началось расхождение интересов княжеской знати и крестьянского населения. Оно проявилось очень скоро, когда король стал мешкать с выполнением условий мирного соглашения и приказал разрушить только внешнюю обводную стену Гарцбурга. После этого кре- стьяне из близлежащих деревень напали на крепость, разрушили все строения и разграбили даже могилы брата и рано умершего сына короля, которые были там захоронены. Это вопиющее нарушение договора привело к решительной смене на- строений в пользу Генриха. Летом 1075 года он смог с имперским войском, при котором находились многие духовные и светские князья, вторгнуться в Саксонию. 9 июня под Хомбургом на р. Унструт он добился полного военного успеха, но мирные переговоры сорвались из-за поставленных им условий. Только когда осе- нью король отправился в Саксонию с новым ополчением, предводители саксов бе- зоговорочно подчинились своему государю, объявив о капитуляции в Шпире (под Зондерсхаузеном). Они были заключены под стражу, их имущество отошло короне, а королевские бурги были восстановлены. Только Оттону Нортхеймскому, с кото- рым во время последних боев было достигнуто соглашение, выпала лучшая участь. Король попытался склонить его на свою сторону, вернув ему свободу и власть над Саксонией. К Рождеству 1075 года были подавлены последние очаги сопротив- ления . Король смог снова отпраздновать его в Госларе. Собравшиеся здесь кня- зья пообещали Генриху, что в случае его смерти его сын Конрад, которому тогда еще не было двух лет, будет избран королем. В упорной борьбе молодой король стал господином своих врагов. Если его дей-
ствия в эти первые годы правления и выдают определенную порывистость, то в столкновении с саксами проявилась уже и дипломатическая смекалка Генриха, су- мевшего добиться успеха в ситуации, временами действительно трудной. Корона вновь обрела ту полноту власти, которой у нее не было со времен правления Генриха III. Глава 7. Начало правления Григория VII 21 апреля 1073 года скончался Александр II. Уже на следующий день, во время подготовки к погребальным торжествам, в Латеранской церкви, почти в суматохе, народом в сан папы был возведен архидьякон Гильдебранд, и лишь после этого к избранию присоединились кардиналы и римский клир. Гильдебранд не просил у Генриха IV подтверждения своего избрания, но тот фактически признал его па- пой. Григорию VII, как назвался он в папском сане, было тогда около 50 лет. По- видимому , он был родом из Соаны, что в южной Тоскане. О его происхождении нет точных сведений. Он вырос в Риме и после синода в Сутри в начале 1047 года вместе с Григорием VI отправился в изгнание в Германию. После смерти Григория VI он стал монахом в Клюни или в одном из клюнийских монастырей. Вместе со Львом IX он вернулся в Рим, затем был субдьяконом, пока Николай II не возвы- сил его до архидьякона. Впоследствии ему вновь было доверено отправиться с миссией во Францию и Германию. Григория переполняло глубокое религиозное чувство, которое сочеталось с сильной волей и определенной долей фанатизма. Его целью было установление справедливого миропорядка, который он видел исключительно в «libertas ecclesiae» («свободе церкви»). Но осуществление этого, по своей сути, без со- мнения, религиозного стремления не могло и не должно было вести к разделению церкви и мирской жизни. Руководствуясь чувством ответственности за спасение душ всех людей и вселенской властью, которая предоставлялась ему как преемни- ку ев. Петра, он ощущал своей обязанностью упорядочить политические события того времени. Конечно, Григорий не стремился быть обновителем, но с непре- клонной последовательностью он осмыслил идею о превосходстве духовной власти над светской, sacerdotium над regnum, тем самым придав событиям новый оборот. Таким образом, его понтификат обозначил новую важную эпоху в истории примата папства. Доктрина «regnum universale» («вселенского правления») нашла свое извест- нейшее отражение в его «Dictatus papae» («Продиктованном папой»), 27 тезисах, которые он ввел в свой реестр в марте 1075 года. Эти тезисы задумывались как основные принципы запланированного собрания канонов или же являлись указате- лем составленного по его инициативе, но утерянного собрания. Здесь в лаконич- ных фразах со всей церковно-правовой четкостью утверждается абсолютная гла- венствующая роль апостольского престола и папы. Только римский епископ, кото- рый благодаря заслугам апостола Петра обладает наследственной святостью, мо- жет быть назван вселенским правителем. Только он один может носить император- ские инсигнии. Он может освободить от присяги на верность не только подданных неправедного властителя, но и даже низложить императора, однако самого его судить никому не позволено. Однако столь обширную программу невозможно было осуществить одними только духовными средствами. Еще будучи архидьяконом, Григорий поставил на службу церкви военные акции и придерживался той же линии в сане папы. Развивая ста- рую августиновскую идею «bellum iustum» (справедливой войны), он приходит к мнению, что справедливую войну за церковь может вести не только светская
власть, но и сама церковь. Так он вводит понятие «воинство святого Петра» («militia sancti Petri»), служение которому является задачей верующих. Осуществлению вселенской власти папы должна была служить, прежде всего, папская ленная политика. Григорий не только теоретически обосновал ленные притязания папства, но и свел в единую систему то, что раньше представляло собой лишь разрозненные попытки. Именно в первые годы своего правления он по- стоянно пытался осуществить на Западе ленно-правовые притязания, правда, с переменным успехом. Так, это его требование оказалось безрезультатным относи- тельно короля Венгрии Шаламона. Его попытка поставить Данию в ленную зависи- мость от Святого престола также не получила развития. Больший успех эта поли- тика имела в Далмации и Хорватии, где в октябре 1076 года папскими легатами в ленную зависимость был торжественно приведен князь Звонимир со своей страной. Еще раньше князь Изяслав — Дмитрий, изгнанный из Киева, пообещал папе, что, если он получит свою державу обратно, то примет ее от него в лен, хотя дошло ли до этого дело, неизвестно. Зато попытка Григория заставить Вильгельма Анг- лийского признать его сюзеренитет натолкнулась на энергичное сопротивление. Английский король выразил готовность выплатить от имени Англии традиционный «грош святого Петра», но отклонил ленно-правовое толкование папой вручение знамени в 1066 году. Во Франции папский сюзеренитет признали некоторые южнофранцузские графы. Подобные претензии, однако, Григорию никогда не удавалось успешно предъявить королю Филлипу I. Поэтому их отношения с самого начала были весьма напряжен- ными, так как этот король оставлял без внимания все требования церкви относи- тельно вопроса симонии. Тогда римский пасхальный синод 1075 года пригрозил французскому государю отлучением от церкви. Впрочем, несмотря на все сопро- тивление его церковной политике, которое оказывал не только король, но и часть епископата под предводительством самоуверенного архиепископа Манассе Реймсского, Григорий все время избегал открытого разрыва с Францией. В Испа- нии Григорию также не удалось распространить сюзеренитет курии за пределы Арагона. На синоде в Бургосе в 1080 году римский ритуал литургии, который до этого уже утвердился в Арагоне, был признан обязательным и для остальных хри- стианских королевств. В начале понтификата на первом плане для папы всецело находились отношения в Средиземноморье. При этом особенно важным представлялось ему военное вмеша- тельство на Востоке, где со времен поражения при Манцикерте (1071 год) грече- ская империя все больше и больше подвергалась угрозе нападения со стороны продвигающихся на запад турок-сельджуков, и где после потери Анатолии был весьма затруднен путь к христианским святыням в Палестине. В течение всего 1074 года Григорий был занят планом выступления во главе западного рыцарского войска на Восток, дабы одновременно с обороной от неверных еще и добиться объединения заново церквей Запада и Востока, разделенных с 1054 года. В от- сутствие папы защиту церкви должен был взять на себя Генрих IV. Но вскоре Григорий вынужден был признать, что этот отважный проект не мог быть осуществлен. Сама обстановка в Италии делала его невозможным. Разногла- сия между папством и норманнами, которые обозначились еще во время правления Александра II, обострились в начале понтификата Григория. С Робертом Гвиска- ром, который за счет папы продолжал свою завоевательную политику в Централь- ной Италии, не было достигнуто соглашения, так что папа в 1074 году должен был решиться отлучить от церкви своего неверного вассала. Ричард Капуанский также не являлся надежным союзником. Одна только маркграфиня Матильда, кото- рая после смерти своей матери Беатрисы (1076 год) единолично правила обширны- ми владениями дома Каносса в Северной и Центральной Италии, стала вернейшей опорой папы.
Глава 8. Пролог и начало борьбы за инвеституру Уже в последние месяцы правления Александра II спор о замещении миланской архиепископской кафедры отчетливо обозначил резкое противостояние между коро- левским двором и курией. Весной 1073 года советники Генриха были отлучены от церкви, а сам король воспринимался стоящим вне церковного сообщества, по- скольку не отрекся от них. Однако борьба с саксами принудила его к уступкам: он обещал пойти навстречу папе в миланском конфликте. Григорий также проявил сначала волю к примирению, отпустив королю грехи и сняв отлучение с его со- ветников. За пасхальным синодом, который папа провел в 1074 году, должен был последовать немецкий национальный собор под руководством одного из папских легатов. Целью этого собора было осуществление в империи принятых в Риме ре- шений об отстранении от должности симонистских священников и женатых клири- ков. План проведения такого национального собора, которому покровительствовал сам Генрих, натолкнулся, однако, на сопротивление нового архиепископа Лимара Бременского, который хотел воспрепятствовать подобному вмешательству курии во внутрицерковные отношения в Германии. Он назвал Григория «periculosus homo» («опасным человеком»), который хочет командовать епископами как своими долж- ностными лицами. После того как Лимар и другие епископы несколько раз отказа- лись от приглашения приехать в Рим, Григорий на пасхальном синоде в феврале 1075 года решил принять серьезные меры. Четыре не приехавших епископа, среди них Лимар Бременский и симонистский епископ из Бамберга Герман, были временно отстранены от должности, а советники короля вновь отлучены от церкви. Папа также обновил решения о симонии и целибате священнослужителей и объявил прин- ципиально недопустимой, в первую очередь, королевскую инвеституру епископов, хотя этот запрет на инвеституру, вероятно, не был провозглашен повсеместно. Несмотря на это временное обострение отношений, последующие месяцы все же сняли напряжение. Лимар отправился в Рим и был там восстановлен в должности. Король смог1 обычным образом осуществить новое назначение на должность еписко- па Бамбергского. Таким образом, отношения внутри немецкой церкви не давали повода для кон- фликта. Иначе ситуация выглядела в Италии, где в Милане начались новые столк- новения , во время которых был убит предводитель патарии Эрлембальд. Генрих не только подверг патаренов имперской опале, но и вновь вмешался в церковные разногласия в городе. Поскольку назначенный им архиепископ Готфрид не смог удержаться, то на должность нового архиепископа он призвал другого миланского клирика, Тедальда. Григорий же и патария высказывались за кандидатуру Атто. В епископствах Фермо и Спольдо король также назначил новых епископов. Григорий должен был воспринять это как нарушение тех обещаний, которые ему дал Генрих всего лишь два года назад. В послании от 8 июля 1075 года он в резкой форме упрекнул короля в общении с опальными советниками и вмешательст- ве в итальянскую церковную политику, призвав того к немедленному послушанию. Еще дальше заходили устные распоряжения, которые папа дал своим легатам. Он угрожал королю исключением из церковного сообщества, если тот в скором време- ни не покается. Так из-за церковных отношений в Италии мгновенно разразился кризис, именно тогда, когда в Германии он, казалось, давно уже был преодолен. Генрих получил письмо папы в Госларе в первый день нового 1076 года, через несколько недель после своей триумфальной победы над саксами. На рейхстаге, который он здесь провел, со всей очевидностью была продемонстрирована его власть в Германии. Положение папы в это время было не столь благоприятным. Его политика всюду находила сопротивление, и даже в Риме он порой чувствовал себя неуверенно. На Рождество 1075 года на него напал и взял его в плен Цен-
ций, предводитель недовольной знати. Правда, на следующий день папа был осво- божден народом. Понятно было, что Генрих принял вызов, который своим ультиматумом бросил ему Григорий. На 24 января было назначено имперское собрание в Вормсе. В нем приняли участие два немецких архиепископа и 24 епископа — большинство немец- кого епископата. 13 епископов не явились. Недовольство Григорием усиливалось еще и тем, что в Вормсе появился смещенный им кардинал Гуго Кандид, который предъявил папе самые серьезные обвинения морального свойства. Под руково- дством Зигфрида Майнцского синод отказал папе в послушании на том основании, что он силой получил свою должность и своей противоречащей обычаю жизнью на- рушал церковный порядок. Генрих сам собрал эти обвинения в декрете об отстра- нении от должности, который отправил не только «Гильдебранду», как он называл теперь папу, но и римлянам. Ссылаясь на свой титул патриция, он предложил па- пе покинуть апостольский престол и призвал римлян принудить его к отречению и избрать нового папу. Затем этот декрет об отстранении Григория от должности был в переработанном и расширенном виде распространен в Германии, чтобы тем самым оправдать действия короля не только с правовой точки зрения, но и с мо- ральной. Особенно настойчиво этот манифест отстаивает идею теократической ко- ролевской власти. За немецким епископатом последовал итальянский: на синоде в Пьяченце от Григория отреклись ломбардские епископы. Не в первый раз германский король вместе с синодом смещал папу, но впервые это произошло за пределами Германии, в условиях, когда король не имел возмож- ности осуществить это решение. С того дня, когда в Сутри Генрих III сместил трех пап, сменилось только одно поколение. Но папство тем временем стало ре- альной силой на Западе и выступило противником германской королевской власти, которого нельзя было недооценивать. Слабым моментом ситуации было то, что па- пу, которого признавали в течение трех лет, обвиняли в незаконном восхождении на престол, и в качестве причины для отстранения была использована клевета без какой-либо возможности оправдания со стороны папы. Таким образом, события в Вормсе были, без сомнения, серьезной политической ошибкой, но ответствен- ность за это падает в первую очередь не на 25-летнего короля, а на немецкий епископат, который продолжал оставаться ведущей силой в конфликте с курией. Теперь события быстро сменяли друг друга. Когда в первый день синода перед великим постом посланником короля было оглашено королевское письмо, очевидно, доставленное в Рим 14 февраля 1076 года, то это вызвало всеобщее возмущение. На следующий день папа в форме молитвы ев. Петру объявил приговор королю. Пользуясь переданной ему властью связывать и разрешать35, он воспретил королю править Германией и Италией, освободил всех подданных от клятвы верности и одновременно отлучил короля от церкви. Епископы, которые подписали Вормсское заявление, были отстранены от должности, но, как действовавшие по принужде- нию, получили срок до 1 августа, чтобы оправдать себя. Архиепископ Зигфрид Майнцский, как руководитель синода, Гуго Кандид и ломбардские епископы были отлучены от церкви. Прецедентов поведению Григория, которое он обосновал в послании ко всем верующим, до сих пор не было, и современники отчетливо это ощущали. Впервые в истории папа отважился предать проклятию «помазанника Божьего». Основы прежних отношений между королевской властью и церковью были поколеблены в самой своей основе. Теперь должно было выясниться, являются ли новые революционные силы настолько мощными, чтобы одержать победу над прежним миропорядком. Церковный термин, означающий право налагать епитимью (церковное наказание) и ос- вобождать от обетов. — Прим. ред.
Глава 9. Трибур и Оппенхейм События 1076 года вскоре показали, насколько Генрих IV переоценивал свою власть. Вероятно, он был уверен в своей способности противостоять решениям синода и после их обнародования повелел на пасху 1076 года в Утрехте отлучить папу от церкви. Однако созванный им на Троицу съезд князей в Вормсе не состо- ялся. Только в конце июня собрание в Майнце, на котором многие отсутствовали, подтвердило отлучение папы. Большинство немецких епископов уже не стояло на стороне короля, а занимало нерешительную позицию. Наряду с этим вскоре про- явила себя княжеская оппозиция. Ее предводителями стали южнонемецкие герцоги Вельф Баварский, Рудольф Швабский и Бертольд Каринтийский, которые установили связь с епископами, настроенными в пользу Григория. Готфрид Лотарингский, верная опора короля в Германии, был убит еще в феврале 1076 рода. В это же время в Саксонии вновь разгорелось повстанческое движение, к которому примк- нул Оттон Нортхеймский. Так летом 1076 года образовались два фронта, с кото- рыми в дальнейшем вынужден был считаться король: с одной стороны — папа с не очень большим пока числом приверженцев в Германии, с другой — немецкая княже- ская оппозиция. Цели обеих сторон были абсолютно разными. В своих посланиях в Германию Григорий ясно давал понять, что готов действовать против короля. Главным для него было вернуть Генриха в лоно церкви. Князья, напротив, от- стаивали свои особые интересы, которые все больше сводились к низложению ко- роля и избранию нового. На съезде князей, проведенном в Ульме в августе или сентябре, было принято решение созвать 16 октября новое собрание в Трибуре. Сюда в качестве легатов Григория прибыли патриарх Зигехард Аквилейский и епи- скоп Альтман Пассауский. В это время король со своим войском разбил лагерь на другой стороне Рейна в Оппенхейме. Поскольку в его собственных рядах вскоре возник заговор, Генрих вынужден был попытаться выиграть время компромиссом. После долгих переговоров, в которых решающую роль сыграли папские легаты, он выразил готовнось пойти на серьезные уступки. Король обязывался передать про- тивникам верный ему город Вормс и отстранить отлученных папой советников. В заявлении, дословный текст которого в жестоких дискуссиях был согласован с легатами и князьями, Генрих обещал папе оказать ему должное послушание, при- нести извинения и покаяться. Но он также призвал Григория снять обвинения, которые были выдвинуты против него. Архиепископ Удо Трирский передал папе это «promissio» («обещание») короля. Победой короля было то, что новое избрание было отменено. Однако князья, со своей стороны, заключили особое соглашение, в котором они заявляли, что не будут более признавать Генриха королем, если он не сумеет снять с себя опалу в течение года со дня отлучения от церкви. Они отправили собственное посольство в Рим и предложили папе самому приехать в Германию и здесь уладить спор между ними и королем. После того как по жела- нию папы первоначальную дату встречи перенесли, новый съезд в Аугсбурге был намечен на февраль следующего года. Глава 10. Каносса Особое соглашение немецких князей в Трибуре и их отправленное папе пригла- шение посетить Германию для разрешения спора между ними и королем оказались весомее предложения короля. Когда Григорий, откликнувшись на призыв немецкой знати и отклонив просьбу короля об отпущении ему грехов в Риме, отправился в Северную Италию, Генрих оказался в новом, неожиданном для него положении. Ес- ли Григорий прибудет в Германию, то все, достигнутое королем, как тот надеял-
ся, благодаря уступкам в Трибуре — разлад между папой и княжеской оппозицией, — грозило пойти прахом. В этой ситуации Генрих решился на смелый шаг. Вместе с супругой Бертой, двухлетним сыном Конрадом и своей обычной свитой он, не- смотря на непривычно суровую зиму, отправился в декабре в Бургундию. Отсюда, поскольку немецкие альпийские перевалы для него были закрыты, он под новый год двинулся через Мон-Сени в Северную Италию, чтобы здесь добиться у папы отпущения грехов. После прибытия короля в Северную Италию его ломбардские сторонники надея- лись, что он призовет их к борьбе против папы. Григорий, который остановился у подножия Альп, где его должен был встретить эскорт немецких князей, также предположил, что Генрих готовится к военным действиям. Поэтому папа вернулся в надежный замок Каносса на северном склоне Апеннин, под защиту маркграфини Матильды. i I Руины Каносского замка. Подробности действительных событий накануне Каноссы и в Каноссе неизвестны, так как настроенная против короля историография того времени стремилась изо- бразить их в уничижительном для Генриха свете. Из города Реджо-нель-Эмилия Генрих начал вести переговоры. Продолжены они были в близлежащем замке марк- графини или в одном из местечек у подножия горы. При этом аббат Клюни Гуго и, прежде всего, маркграфиня Матильда взяли на себя роль посредников. Одновре- менно король три дня подряд появлялся перед замком в рубище, выполняя тем са- мым предписанный церковью ритуал покаяния. Только на третий день, 28 января 1077 года, когда Генрих уже хотел уехать, папа решил пойти ему навстречу и отпустить королю грехи, после того как были определены соответствующие усло- вия. Генрих обязывался в течение установленного папой срока дать князьям удовлетворение или прийти к соглашению с ними. Далее он должен был обеспечить папе свободный проезд в случае его вояжа в Германию. Только после того как это соглашение было закреплено двумя епископами клят- вой от имени короля, папа отпустил королю грехи и, причастив, снова принял его в лоно церкви. Даже если Григорий в своем обращении к немецким князьям утверждал, что по вопросам империи в Каноссе ничего не было решено, то в дей- ствительности в последующие годы он обращался с Генрихом как с королем, хотя
до конца и не признавал его таковым. Не было достигнуто соглашения по вопросу об инвеституре. При следующей встрече в Бьянелло, недалеко от Каноссы, было намечено проведение собора в Мантуе, но он не состоялся, так как ломбардские епископы не были готовы к примирению. Григорий некоторое время оставался в Северной Италии, но затем вернулся в Рим. Генрих также решил на Пасху вер- нуться в Германию, после того как получил известие об избрании антикороля. Вопрос о том, были ли события в Каноссе поражением или успехом Генриха IV, является предметом постоянных дискуссий. Если ранние исследования, прежде всего под влиянием тенденциозного отображения фактов Лампертом фон Херсфель- дом, видели в этих событиях глубокое унижение Генриха, то позднее подчерки- вался, в первую очередь, тактический успех короля, а иногда даже прямо гово- рилось о его победе. Без сомнения, отпущение грехов Генриху в тот момент оз- начало для него дипломатическую победу. Ему удалось помешать объединению Гри- гория с противниками короля внутри Германии. Поездка папы в Германию была от- ложена, а затем окончательно отменена. Король вернул себе свободу действий. Но что касается идеи сакрального господства, то Каносса нанесла королю тя- желый ущерб. Неслыханное для многих современников притязание папы на право отлучать короля от церкви и лишать его королевского достоинства было в прин- ципе признано Генрихом — тем самым монархом, который еще несколько месяцев назад объявлял свою власть исходящей непосредственно от Бога. Подчинившись папе как судье, он отказывался от этой милости Божьей. Таким образом, этот день все же ознаменовал судьбоносный шаг на пути освобождения традиционной картины мира от представления о союзе обеих высших властей, равно как и утра- ту позиций тезисом о королевской власти, равной власти священнической. Поэто- му с полным на то основанием недавно снова заговорили именно о «переломе в Каноссе»... Глава 11. Власть антикороля в Германии и папская политика нейтралитета 1077-1080 годов Немецкая оппозиция должна была рассматривать снятие с короля отлучения от церкви как нарушение своей договоренности с папой. Поэтому она решила дейст- вовать самостоятельно. Согласно Ульмской договоренности в марте в Форххейме состоялся съезд князей. Папа также был приглашен, но смог отправить только двух легатов, которые должны были добиться отсрочки избрания нового короля. Но в действительности они, устранив трудности, возникавшие во время перегово- ров, оказали этим воздействие на избрание, в конечном итоге состоявшееся. По- сле того как Генрих по всей форме был низложен, духовные и светские князья сошлись на кандидатуре Рудольфа Швабского, весьма близко принимавшего рефор- маторские устремления. 15 марта 1077 года он был возведен на королевский трон. События в Форххейме стали важным этапом в истории развития немецкого королевского избирательного права. Идее права наследования, рассматривающего- ся только как обычай, здесь вновь противопоставляется принцип свободного вы- бора. Ясно определяется, что в будущем германский король может быть возведен на трон только путем свободных выборов и что сын короля, даже если он этого достоин, не может иметь притязаний на наследование власти своего отца. Ру- дольф также должен был согласиться с этим и, кроме того, признать канониче- ское избрание епископов, однако от инвеституры как таковой не отказался. Папе он отправил уведомление об избрании и объявил о своем ему послушании. Однако Григорий пока не признавал Рудольфа. Его целью на тот момент было проведение политики нейтралитета, чтобы как можно дольше сохранять за собой роль арбитра. Эта политика осложнялась тем, что Рудольф рассматривался как кандидат от церковной партии. Поведение Григория в последующие годы озадачило
его сторонников в Германии. Даже его легаты не строго придерживались такой папской политики. В ноябре 1077 года один из них вновь отлучил короля от церкви. Власть германского антикороля с самого начала была не очень прочной. Только в Саксонии у него была серьезная поддержка. Оттон Нортхеймский, как и прежде, оставался одним из ведущих деятелей антикоролевской партии в Германии. Даже собственное герцогство Рудольфа, Швабия, недостаточно уверенно выступало на стороне антикороля. Так что Генриху IV после его возвращения в Германию уда- лось с растущим успехом приняться за борьбу со своми противниками. Сначала он устранил трех мятежных южнонемецких герцогов. Швабию и Баварию он первое вре- мя удерживал под своей властью, а Каринтию передал маркграфу Лиутольду фон Эппенштейну. Только на Пасху 1079 года он передал Швабское герцогство Фридри- ху фон Бюрену, который тогда обручился с дочерью Генриха Агнессой. Теперь Штауфены, так в дальнейшем этот род будет назван по своему вновь воздвигнуто- му родовому замку, выступают на историческую сцену в качестве союзников Сали- ческой династии... Генрих IV на миниатюре и его примерный вид. Для конфликтов последующих лет характерно то, что родовые противоречия ус- тупили сословным. В Баварии, где Генрих все больше укреплял свою позицию, на его сторону встали низшие слои знати, тогда как в Швабии произошел ее раскол. Но в первую очередь Генрих смог опереться на городское и крестьянское населе- ние в Верхней Германии и Рурской области, с помощью которого и формировал войско. Требования реформаторов относительно целибата священников привлекли на сторону Генриха часть низшего клира. Важнейшей ареной боевых действий в последующие годы стала Франкония. Бои велись с переменным успехом. Сражение при Мелльрихштадте недалеко от Швейн- фурта в августе 1078 года увенчалось победой Генриха, так как ему удалось воспрепятствовать объединению антикороля Рудольфа со швабами. Но в тот же день крестьянское войско короля потерпело поражение на реке Неккар в бою с противниками из княжеского лагеря под предводительством Вельфа IV и Бертольда фон Церингена. Зимой 1079/80 года Генрих обладал достаточной мощью, чтобы со своей стороны предпринять поход в Саксонию. 27 января 1080 года под Фларххей- мом недалеко от Мюльхаузена состоялась битва. Однако после успешного для Ген- риха начала битвы антикороль сумел одержать победу. Для Григория в эти годы наряду с отношениями в Италии на первом плане стоя-
ли вопросы общей реформы церкви. На великопостном синоде 1078 года он не только обновил прежние распоряжения о наказании приверженцев Генриха в Ита- лии, но и начал борьбу против мирского влияния в приходских церквях. Папский синод в ноябре того же года объявил об общем запрете любой светской инвести- туры. До сих пор папа уклонялся от решения спора о немецком троне. Этот во- прос должен был решить немецкий национальный синод под руководством его лега- тов . Однако искусная политика Генриха IV постоянно препятствовала созыву та- кого синода. Теперь папа понял, что дальнейшее промедление окончательно отда- лит от него немецких сторонников. Тогда он решил отказаться от своей выжида- тельной позиции и снова начать борьбу с Генрихом. Глава 12. Второе отлучение от церкви и конфликты до кончины Григория Великопостный синод 1080 года открывает новый и последний период понтифика- та Григория. В форме молитвы, обращенной к обоим «апостольским князьям», папа отлучил короля от церкви (7 марта 1080 года). Жесткие слова отлучения, в ко- торых с максимальной яркостью выразились притязания папы на вселенское гос- подство, не могли скрыть того, что для этого отлучения не было достаточно веских оснований. Прежде всего, не соответствовало действительности утвержде- ние, что Генрих якобы постоянно препятствовал дипломатическому посредничест- ву. Григорий усилил брошенный им вызов еще и тем, что предрек скорую смерть короля в случае, если тот не покается. Но все его действия теряли эффектив- ность из-за своей повторности. Ужесточение запрета инвеституры распростране- нием его также и на светскую инвеституру для низших степеней священства соз- дало ему новых противников. Таким образом, великопостный синод 1080 года явился в то же время поворотным моментом в правлении Григория. Большая часть ломбардского и немецкого епископата перешла теперь на сторону Генриха. На двух синодах, в Бамберге и в Майнце, папе было отказано в послушании. Затем в июне 1080 года в Бриксене под председательством короля Генриха был созван си- нод немецких и итальянских епископов, который низложил Григория. Вместо него Генрих возвел в сан папы архиепископа Виберта Равеннского. Целью Генриха было добиться возведения этого антипапы на престол в Риме. Однако прежде он попытался решить проблемы в Германии. 15 октября 1080 года на реке Эльстер произошло его столкновение с антикоролем и Оттоном Нортхейм- ским. Правда, король потерпел поражение, но Рудольф Швабский потерял в бою правую руку и на следующий день умер. Гибель антикороля, потерявшего именно ту руку, которой он когда-то принес королю клятву верности, была воспринята как Божья кара. В лагере немецкой оппозиции сначала не могли прийти к единому мнению относительно нового кандидата, поскольку Оттон Нортхеимскии столкнулся с сопротивлением южнонемецких князей. Лишь 6 августа 1081 года был избран но- вый антикороль. Саксами и швабами был выбран малоизвестный незначительный князь, граф Герман фон Зальм, но он не достиг какого-либо влияния. Между тем весной 1081 года Генрих с относительно небольшим войском отпра- вился в Италию. В Северной и Центральной Италии самой важной опорой папы была маркграфиня Матильда. Еще до великопостного синода 1080 года (предположитель- но в 1079 году) она передала в дар римской церкви весь свой аллод в Италии и Лотарингии и получила назад от папы в качестве лена с правом свободного рас- поряжения. Затем она отправила для участия в военных действиях на стороне ку- рии свои отряды, которые уже осенью 1080 года были разбиты на мантуанскои территории ломбардскими союзниками Генриха IV. Ускоренным маршем Генрих сумел продвинуться к Риму, однако ему не удалось завоевать город. В следующем году (1082) из Тусции он повторил попытку, но вновь безуспешно. Лишь в начале 1083
года ему удалось захватить город Льва36. В ходе переговоров с римлянами было назначено проведение нового синода, на котором должен был решиться спор между Генрихом и папой, но из-за несогласия Григория он не состоялся. В этой ситуации папа мог надеяться только на помощь норманнов. В 1078 году, незадолго до смерти Ричарда Капуанского, с ним было заключено мирное соглаше- ние. Через два года (1080) Григорию удалось достичь перемирия и с Робертом Гвискаром. Во время встречи в Чепрано Роберт признал папу своим сеньором. Взамен Григорий должен был пойти на незначительные уступки норманнскому князю и временно позволить ему находиться в незаконно завоеванных им областях. Од- нако помощь его вассала пока задерживалась. Завоевательная политика Роберта в тот момент была направлена против Византийской империи. Летом 1081 года он с флотом переправился через Адриатическое море и оккупировал Корфу и западное побережье Греции. Однако восстание норманнских баронов в Апулии вынудило его вернуться в Италию. Кроме того, император Византии Алексей I вступил в пере- говоры с Генрихом IV и побудил германского короля предпринять в начале 1084 года заведомо безуспешный поход в Апулию. Только когда эта вдвойне опасная для Роберта Гвискара ситуация разрешилась, норманнский герцог отважился в мае 1084 года поспешить с более чем тридцатитысячным, по утверждению источников, войском на помощь своему сеньору-папе. Тем временем положение Григория в Риме продолжало ухудшаться. Его противо- действие плану проведения собора вызвало в начале 1084 года всеобщее движение заговорщиков в Риме, к которому присоединились даже 13 кардиналов. Теперь Генрих смог задержать свое вступление в Рим и организовать избрание Виберта папой с соблюдением всех формальностей. Новый папа принял имя Климент III и на пасху 1084 года (31 марта) короновал Генриха IV и его супругу Берту импе- раторской короной в соборе ев. Петра. Казалось, император достиг исполнения своих желаний. Только хорошо укрепленный замок Св. Ангела представлял собой последнее прибежище Григория в городе. Впрочем, приближение шедшего на помощь норманнского войска вынудило Генриха отказаться от Рима и летом вернуться в Германию. Но и положение Григория в Риме, после того как город был жесточай- шим образом разграблен норманнами, стало неустойчивым. Вместе с норманнами он покинул Рим и отправился в Салерно. Здесь он провел последний год своего пон- тификата, тщетно стремясь вернуться в Рим, где снова смог добиться признания Климент III. 25 мая 1085 года Григорий VII умер в изгнании. Его последние слова «Я любил справедливость и ненавидел безбожье, поэтому я умираю в изгна- нии» надежно засвидетельствованы источниками. В 1606 году он был канонизиро- ван церковью. Григорий VII, бесспорно, принадлежит к самым значительным папам средневеко- вья. В итоге, правда, он вынужден был бежать из Рима от Генриха IV и римлян, и прежде в его политике не раз случались провалы. Кроме того, даже многие его сторонники не понимали всей глубины его идей. Но его вклад в историю состоит в том, что он неуклонно отстаивал реформу церкви. Проповедуя идеи папской теократии как высшей цели, он более чем на два столетия вперед указал путь для своих последователей и решающим образом определил облик церкви. Глава 13. Проявления церковной реформы в Германии В те же годы, когда Генрих получал все больше возможностей противостоять Город Льва — укрепленный район в Риме, отделенный от центра города рекой Тибр и защищающий своими стенами («стена Льва») собор святого Петра и Замок Святого Ангела. — Прим. ред.
своим противникам в Германии, в империи все глубже укреплялось движение за реформу церкви. Если раньше идеями реформы, исходившими из монастыря Горце, были охвачены в основном немецкие монастыри, то теперь идеи клюнийцев выходят за их стены и охватывают широкие народные слои. Отправным пунктом этой новой волны церковно-монастырского реформаторского сознания стал основанный графами фон Кальв монастырь Хирзау в Шварцвальде. В 1069 году управление монастырем было доверено монаху Вильгельму из монастыря ев. Эммерама в Регенсбурге. Че- рез два года он был возведен в сан аббата. В 1075 году при помощи Генриха IV он добился полной отмены права частной церкви в Хирзау и в том же году полу- чил от папы охранную привилегию для монастыря. В 1079 году по совету Бернара, аббата монастыря св. Виктора в Марселе, который, будучи папским легатом в Германии в 1077-1078 годах, долгое время жил в Хирзау, Вильгельм начал реор- ганизацию монастыря. Используя принятые в Клюни «Consuetudines» («Обычаи») и другие правила, он создал хирзауский монастырский обычай, который своей стро- гостью значительно отличался от прежних правил жизни немецких бенедиктинцев. Что касается правовой структуры монастыря, например назначения на должность аббата епископами, то новый устав все же учитывал традицию имперского монаше- ства. Вильгельм (ум. 1091) сам провел реформу также в монастыре Всех Святых в Шаффхаузене и в монастыре Мури в Аргау. Этим хирзауским движением, которое распространилось до Каринтии, Тюрингии и Саксонии, были охвачены вся Швабия, а также Бавария и Франкония. Новым было то, что теперь монахи не ограничива- лись деятельностью в монастыре, но и перемещались по стране как странствующие проповедники. Помимо этого, миряне объединились в товарищество «fratres conversi» («обращенных братьев»). В Германии, как и в других землях, провод- никами этого движения за реформы стали регулярные каноники, которые со времен Григория VII с помощью пап упорядочивали формы своей общинной жизни. Так, важным опорным пунктом григорианской партии в Германии был основанный Вельфа- ми в Баварии монастырь Роттенбух. Духовная борьба по принципиальным вопросам церковной реформы отчетливо про- слеживается также в росте количества памфлетов. Возникновение такой публици- стики, в первую очередь в Лотарингии и Италии, относится еще к середине XI века. Полемическая литература догригорианского периода впервые достигла рас- цвета в сочинениях Петра Дамиани и Гумберта. Но только во время понтификата Григория литературная борьба действительно приобретает размах. Если раньше, за исключением писаний Гумберта в центре дискуссий стояли отдельные церковные нарушения, то теперь все больше выдвигаются на первый план принципиальные во- просы. Повод для оживленной дискуссии дали, прежде всего, события 1076 года, а именно: смещение папы германским королем и отлучение того от церкви, объяв- ленное Григорием. В полной мере время этой публицистики наступает с 1088 го- да, после вторичного объявления Григорием отлучения короля от церкви. Авторы трактатов — почти без исключения представители духовенства. В Италии за перо берутся преимущественно епископы, в Германии — монахи. Духовное происхождение авторов обуславливает и характер памфлетов. Обе стороны апеллировали к пра- вильному толкованию Священного Писания и церковных законов. Защитники дела короля также придерживаются церковной дидактической традиции. Нападая на Гри- гория, они верят, что защищают традиционное церковное право от нововведений реформаторов. Их самые важные представители в Германии — схоластик Венрих Трирский, епископ Видо Оснабрюкский и, в первую очередь, неизвестный автор сочинения «De imitate ecclesiae conservanda» («О единстве церкви, которое следует сохранять»), отстаивающий идею получения светской власти непосредст- венно от Бога и развивающий при этом абсолютно новое для того времени понятие церкви, которую он рассматривает как сообщество верующих. Среди сторонников Григория в Германии, помимо Бернольда Санкт-Блазиенского, оставившего обшир- ный труд, следует назвать в первую очередь регулярного каноника Манегольда
Лаутенбахскохю (в Эльзасе), который близко подошел к идее народного суверени- тета и придерживался мнения, что король — всего лишь временный уполномоченный народа и в любое время может быть низложен, если не соблюдает обязанности правителя. В Италии в лагере приверженцев Григория выделяются в качествве публицистов, прежде всего, епископ Ансельм II Луккский, кардинал Деусдедит и епископ Бони- цо Сутрийский. Более важным, чем их памфлеты, является изложенное ими собра- ние канонов, которым они заложили необходимый церковно-правовой фундамент для программы реформ и для нового учения о примате папы. Первой правовой книгой этой новой, развивающейся все интенсивнее канонистики стало так называемое 74-титульное собрание «Diversorum sententiae patrum» («Сентенции различных отцов»). Действительно ли его, как иногда считают, написал Гумберт в 1050 го- ду — вопрос спорный. Возможно, оно относится уже к первым годам понтификата Григория VII. Самые значительные успехи сторонников императора в Италии были достигнуты в кругу Виберта Равеннского. Юрист из Равенны Петр Красе в своем памфлете в за- щиту Генриха IV ссылается на римское право и обосновывает несменяемость коро- ля принципами римского наследственного права. Другой юрист, также родом из Равенны, заново включает старое римское понятие «lex regia» («царский закон») в некоторые сфальсифицированные им папские привилегии для Карла Великого и Оттона I и развивает теорию о том, что передача власти императору не подлежит отмене. Так с самого момента своего возникновения эта публицистика восьмиде- сятых годов ведет к выработке обеими сторонами принципиальных позиций во всей их остроте. И только следующее поколение попытается прийти к практическому решению спорных вопросов. Глава 14. Наследие Григория: Урбан II в борьбе против Генриха IV Годы, последовавшие за смертью Григория, показывают нам Генриха IV на вер- шине его могущества. Ставленник императора папа Виберт (Климент III) сумел не только укрепить позиции в Италии и Германии, но и на время добиться послуша- ния в Англии, Венгрии и Хорватии. Кардиналы воспользовались межпапским раздо- ром, чтобы активизировать собственное участие в управлении церковью. Партии реформ в Риме, ослабленной расколом среди кардиналов, потребовалось довольно продолжительное время, чтобы привести в порядок наследие Григория. Только в мае 1086 года Дезидерий, аббат Монте-Кассино, при поддержке норманн- ских князей был возведен в сан папы под именем Виктора III. Все его прошлое свидетельствовало о нем как о человеке, который будет содействовать заключе- нию мира с королем. Однако, не успев развернуть активную деятельность, он скончался в сентябре 1087 года. И опять потребовалось полгода, пока стало возможным новое избрание папы. В Террачине, на южной границе Папской области, сторонники Григория выбрали па- пой кардинала-епископа Оддона Остийского, принявшего имя Урбан II. Француз по происхождению, он был монахом и приором в Клюни. В его лице во главе курии снова встал представитель строгой церковной реформы. Но в то же время это был человек, который своими яркими дипломатическими способностями существенно от- личался от Григория. Пока император находился в Италии, в Германии продолжалась борьба. Однако со смертью Оттона Нортхеймского (1083 год) противники короля потеряли своего предводителя. Влияние антикороля Германа фон Зальма не распространялось те- перь дальше границ Саксонии. Тем временем в низших слоях народа все сильнее
ощущалось желание мира. Это приняла во внимание церковь, провозгласив Божий мир в отдельных диоцезах, таких как Люттих (Льеж) (1082 год) и Кёльн (1083 год) . Император также поддержал это движение за мир и в апреле 1085 года на рейхстаге в Майнце объявил Божий мир во всей империи. На этом же рейхстаге герцогу Братиславу Богемскому, который в конфликтах последних лет был важным помощником Генриха, тот лично пожаловал королевское достоинство. Затем Генрих выступил против Саксонии — центра оппозиции. Ему удалось продвинуться до Ма- гдебурга. Антикороль вынужден был покинуть страну. Он вернулся в Лотарингию, где во время штурма одного из замков в сентябре 1088 года был смертельно ра- нен. Только маркграф Экберт Мейсенский, ставший теперь вождем саксонской оп- позиции, на свой страх и риск продолжал еще некоторое время борьбу против ко- роля. За это он был подвергнут имперской опале и вероломно убит в 1090 году. Так была побеждена немецкая оппозиция. Уже в 1087 году Генрих короновал в Ахене своего сына Конрада в качестве германского короля. Через два года он заключил второй брак с Евпраксией — дочерью русского князя и вдовой маркграфа Северной марки Генриха. Император считал себя теперь достаточно сильным, чтобы возобновить борьбу с реформаторским папством в Италии и устранить раскол. В 1090 году он вновь ре- шил отправиться в Италию. Здесь для императора снова складывалась опасная си- туация, поэтому его вмешательство в итальянские дела было необходимым. Уже в 1089 году благодаря удачной дипломатии Урбана II состоялся брак между семна- дцатилетним Вельфом (V), сыном смещенного баварского герцога Вельфа IV, и со- рокатрехлетней Матильдой Тусцийской. Этот союз вновь провоцировал угрозу коа- лиции южнонемецких и итальянских противников императора. Италия и Иллирия 1084 Ионическое море ^> |
Действия Генриха IV в Италии первое время носили успешный характер. Урбан вынужден был искать убежища у норманнов, а в Рим снова вернулся Виберт. Борь- ба с Матильдой и ее вассалами также протекала сначала удачно. Только под Ка- носсой в 1092 году император потерпел поражение. Теперь и в Ломбардии против него поднялась оппозиция. Города Милан, Кремона, Лоди и Пьяченца, где все сильнее проявлялось стремление бюргерства к самостоятельности, заключили союз против императора. Роковым стал мятеж его сына Конрада, который в 1093 году перешел на сторону папистов и в Милане был возведен на трон короля Италии. Так как его признали по всей Ломбардии и на его сторону встал Вельф IV, импе- ратор почувствовал себя отрезанным от Германии. Он вынужден был вернуться в Венецию, где в последующие годы его власть ограничивалась районом Падуи и Ве- роны. Не менее тяжелым для него было предательство его второй супруги Евпрак- сии, которая также перешла в лагерь его противников и утверждала, что импера- тор якобы хотел склонить ее некогда к супружеской измене. Эти непрекращающиеся заговоры в Северной Италии Урбан II сумел использовать в своих целях. Уже в конце 1093 года ему удалось окончательно отвоевать Рим, а в следующем году он отправился в Северную Италию, где в марте 1095 года си- нод в Пьяченце оформил триумф папы. Прежние постановления о запрете симонии были вновь приведены в действие, а Виберт и его приверженцы снова отлучены от церкви. Также и жалоба Евпраксии, которая явилась на синод, была признана справедливой, и она получила отпущение грехов. Вскоре после этого в Кремоне встретились король Конрад и папа. Король клятвенно заверил Урбана в своей на- дежности и исполнил из почтения к нему службу конюшего («officium stratoris»), как маршал ведя коня папы под уздцы. Урбан со своей стороны обе- щал помочь ему отвоевать империю. Содействуя женитьбе Конрада на дочери графа Рожера Сицилийского, он хотел крепче связать его с оппозицией против Генриха. Глава 15. Германия и Первый крестовый поход Синод в Пьяченце не только принес папе ощутимый успех в деле церковной ре- формы, но и вызвал другое в высшей степени значительное для истории всей За- падной Европы событие. На синод прибыли посланники византийского императора Алексея I, просившие о помощи в борьбе против турок-сельджуков, которые после завоевания обширной части Малой Азии стали угрожать столице империи. Еще в начале своего понтификата Урбан, продолжая традиционную папскую политику на Востоке, вел переговоры с Алексеем о создании церковного союза. Согласившись теперь удовлетворить просьбу и призвав поддержать императора, он не только утвердил линию прежних переговоров, но и придал решающий импульс развитию крестоносного движения. В XI веке идея священной войны, борьбы против неверных, переросла, прежде всего, с началом папских реформ, в радикальное движение. Под знаком этой идеи шла война с сарацинами в Сицилии и Испании. Григорий VII хотел использовать «militia sancti Petri» также и в иерархических целях папства. Урбан II вновь обращает инициативу христианского рыцарства в большей степени вовне и связы- вает борьбу против язычников с популярным движением паломников в Иерусалим, издавна выражавшимся в бесчисленных поездках пилигримов к святым местам хри- стиан в Палестине. Одним из самых массовых паломничеств был поход в Палести- ну, предпринятый немецкими пилигримами — по утверждениям источников, несколь- кими тысячами человек — в 1064 году под предводительством архиепископа Зиг- фрида Майнцского и других епископов. Только объединение этих двух изначально разрозненных течений придало крестоносному движению его всемирно-историческую значимость. Название «крестовый поход» для этой новой формы вооруженного па-
ломничества появилось только в XIII веке. Прорыв этого движения в жизнь во всей его полноте произошел на синоде, ко- торый Урбан провел в ноябре 1095 года на французской земле в Клермон-Ферране. В яркой проповеди 27 ноября, в которой папа, в частности, обещал отпущение грехов, ему удалось воодушевить присутствующих планом похода на Иерусалим. Изначальная идея оказания помощи императору Алексею все больше оттеснялась на задний план целью освобождения Гроба Господня из рук неверных. Фанатичные проповедники, такие как Петр Пустынник (Амьенский), распространили эту идею в самых широких кругах. Уже зимой 1095 года на Восток отправились первые неор- ганизованные толпы крестоносцев. При их продвижении вдоль Рейна в некоторых епископских городах начались жестокие преследования евреев, которые зачастую могли избежать смерти только благодаря насильственному крещению. Как только эти первые крестоносцы достигли Малой Азии, они были уничтожены турками. Выступившие в 1096 году рыцарские войска были снаряжены гораздо лучше. Ни одна из коронованных особ Западной Европы не приняла участия в походе. Генрих IV и Филипп I Французский находились под церковным отлучением. Английский ко- роль Вильгельм II, унаследовавший в 1087 году трон своего отца Вильгельма За- воевателя, все еще был занят укреплением норманнской власти в Англии. Участ- ником Первого крестового похода было в основном романское рыцарство Франции и Южной Италии. В Германии только западные области были охвачены крестоносным движением. В нем участвовали лотарингские рыцари под предводительством Гот- фрида Бульонского, которому в 1092 году Генрих IV передал герцогство Нижняя Лотарингия, и его брата Балдуина. Значительнее самих событий крестового похода для немецкой истории являются его результаты. Необходимость закрепить достигнутые в трудной борьбе успехи постоянно давала новые импульсы крестоносному движению также и в Германии. Император Алексей I, который, прося помощи, думал не о самостоятельных арми- ях , а о послушных наемных отрядах, отнесся к предприятию весьма сдержанно. Он только тогда оказал крестоносцам необходимую помощь, когда они объявили о своей готовности признать его сюзеренитет над отвоеванными ими областями, ра- нее принадлежавшими Византийской империи. Изматывающие бои в Малой Азии, ко- торые начались в 1097 году, усугублялись отсутствием единства среди князей- предводителей. При этом на первый план все более фатально выступала светская подоплека крестового похода. Когда летом 1098 года, после длившейся несколько месяцев осады, в руках крестоносцев оказался важный город Антиохия, то Бо- эмунд Тарентский, сын Роберта Гвискара, вместе со своими норманнскими рыцаря- ми основал здесь княжество. Еще раньше Балдуин, брат герцога Готфрида, дви- нулся дальше на восток, чтобы взять под свою власть территорию Эдессы. В то же время предводитель южнофранцузских рыцарей Раймунд Тулузский, завоевав об- ласти у побережья Сирии, заложил основы будущего графства Триполи. Сам Иеру- салим был покорен крестоносцами только после длительной осады 15 июля 1099 года. В городе ими была устроена кровавая резня. Королевство Иерусалимское стало самым значительным среди этих новых крестоносных государств. Готфрид, его первый правитель, называл себя также «защитником Гроба Господня» («advo- catus sancti Sepulchri»). Только Балдуин, который в следующем году сменил своего скончавшегося брата Готфрида, наделил себя королевским титулом. Папа, которого в крестовом походе должны были представлять его легаты, смог лишь в незначительной степени осуществить свои притязания на руководство. Но тот факт, что с завоеванием Иерусалима крестовый поход принес исключительно впечатляющий успех, должен был существенно укрепить авторитет папы в борьбе за церковную реформу. Однако сам Урбан, скорее всего, не успел получить из- вестия о завоевании города. 29 июля 1099 года (через 14 дней после падения Иерусалима) он скончался.
Глава 16. Мирная политика императора в германии. Мятеж Генриха V. Смерть Генриха IV В то время когда войска крестоносцев продвигались на восток, Генрих IV был временно лишен всякого политического влияния. Однако в последующие годы его положение постепенно стало улучшаться. На это благоприятно повлиял распад вельфско-тосканского супружеского союза: уже в 1095 году Вельф V расторг брак со своей супругой Матильдой. Его отец Вельф IV примирился с Генрихом и в 1096 году снова получил в лен Баварию. Благодаря заключению мира с Вельфами Генрих IV в начале 1097 года смог вернуться в Германию. В Швабии также был достигнут мир: Бертольд II фон Церинген, антигерцог с 1092 года, отказался от герцогст- ва в пользу Фридриха I Штауфена. За это он получил имперское фогтство Цюрих и сохранил титул «dux» («герцог»). Своего мятежного сына Конрада император объ- явил лишенным короны на рейхстаге в Майнце в 1098 году и в следующем году ко- роновал своего младшего, тогда еще двенадцатилетнего, сына Генриха. Но при этом он заставил его поклясться в том, что тот никогда при жизни своего отца против его воли не будет вмешиваться в государственные дела. Теперь власть императора была всецело признана по всей Германии. Однако все его попытки прийти к соглашению с церковью были тщетны. После смерти Урбана папой под именем Пасхалия II был избран в августе 1099 года кардинал- пресвитер Райнер (Раньеро), решительный сторонник реформаторских идей. К при- мирению с Генрихом он не был готов даже после смерти антипапы Виберта (ум. 1100). На синоде в 1102 году он снова отлучил императора от церкви. Генрих вынужден был признать, что без примирения с курией продолжительный мир в Германии невозможен. Поэтому на рейхстаге в Майнце (1103 год) он зая- вил, что хочет принять участие в крестовом походе в Иерусалим, если будет от- менено его отлучение от церкви. Всеобщая амнистия и имперский мир, которые он тут же провозгласил, должны были служить подготовке этого похода. Объявив им- перский мир, император возобновил то миротворческое движение, которому он со- действовал Манцским земским миром 1085 года и которое тем временем было еще прочнее закреплено местными мирными договоренностями в Германии. В отличие от прежнего Божьего мира, который запрещал военные действия только в определен- ные периоды года и дни, имперский мир должен был продлиться четыре года. Та- кая мирная политика императора была, прежде всего, на пользу социально неза- щищенным слоям народа. Помимо этого, усилению имперской власти должно было служить расширение права высшей юрисдикции за счет королевского банна37. Но тем самым император все больше противопоставлял себя знати, задевая такими мерами ее междоусобные счеты. Этим противостоянием объясняется также последнее крупное повстанческое дви- жение, которое было связано с изменой императорского сына Генриха. Поводом для этого восстания стал конфликт, который возник во время пребывания молодо- го короля в Регенсбурге в начале 1104 года. Граф Зигехард фон Бургхаузен, ко- торый по одному спорному делу вынес своим министериалам неблагоприятный для них приговор, был убит ими и горожанами. Император не наказал виновных, и среди знати стало расти недовольство. Во время похода Генриха IV в Саксонию молодой Генрих V в конце года тайно покинул войско, отправился в Баварию и тем самым вынудил императора вернуться. Объяснение причины этой измены тем, что ему было запрещено общаться с отлученным от церкви отцом, было всего лишь отговоркой. Действительная причина его поведения заключалась, скорее всего, в Банн (судебный) — право казнить и миловать подданных, осуществлять высшую судеб- но-административную власть на данной территории. — Прим. ред.
следующем: он боялся, что политика его отца может оттолкнуть от королевского дома знать и князей, не принеся при этом и примирения с курией. Все попытки отца переубедить его были тщетными. Генрих V вел себя как приверженец делу церкви и в начале 1105 года добился освобождения себя от клятвы верности, данной отцу, не отказавшись при этом от права инвеституры. Восстание быстро распространилось также в Саксонии и Тюрингии, но по военной силе Генрих IV все еще превосходил своего сына. В октябре 1105 года они встретились под Ре- генсбургом. Генриху V удалось склонить часть императорского войска к измене и тем самым предотвратить сражение. Тогда император был вынужден вернуться на средний Рейн и затем в Кёльн. На рейхстаге, который Генрих V созвал на Рождество 1105 года в Майнце, этот конфликт должен был разрешиться в присутствии папских легатов. Император был намерен лично отстаивать здесь свое право и отправился из Кёльна на юг. Чтобы воспрепятствовать появлению отца перед князьями, Генрих V выступил ему на- встречу. Гарантировав свободный проезд, он сумел обмануть императора, заклю- чить его под стражу в замке Бёккельхейм и вынудить передать имперские рега- лии. Выразив внешнюю готовность покаяться и отказавшись от трона, император надеялся на встрече с князьями и папскими легатами в Ингельхейме добиться сначала отпущения грехов. Требование принести публичное покаяние он, однако, отклонил. Поэтому он продолжал оставаться под арестом в Ингельхейме, в то время как его сын, после мнимо добровольного отказа отца от трона, был при- знан на Майнцском рейхстаге в начале 1106 года королем. То, что даже теперь Генрих IV не отказался от борьбы за трон, было в харак- тере его стойкой натуры. Ему удалось бежать из Ингельхейма в Кёльн и, в конце концов, найти прибежище в Льеже. Нижнелотарингский герцог Генрих I, граф Гот- фрид Намурский и епископ Отберт Льежский (Люттихский) хранили ему верность. Он также вошел в сношения с Филиппом Французским. Мощная поддержка, которую император получил в Нижней Лотарингии, вынудила Генриха V отправиться туда, чтобы напасть на Льеж. Но нападение на город не увенчалось успехом. В Чистый четверг 1106 года его войска были полностью разгромлены у моста на реке Маас под Визе. Новое вооруженное столкновение казалось неизбежным, как вдруг 7 ию- ля 1106 Генрих IV умер в Льеже. На смертном одре он высказал желание быть по- хороненным в соборе города Шпейера, рядом со своими предками, и его тело было туда перевезено. Однако саркофаг все еще отлученного от церкви императора стоял здесь в течение пяти лет в неосвященной капелле, пока не обрел, нако- нец, место захоронения в соборном склепе. Генрих IV определял судьбы империи в течение полувека. Его правление пере- живало постоянные взлеты и падения, но все удары судьбы и личные унижения не сломили непоколебимую волю императора к борьбе за права короны. Если первона- чально его поведение было отмечено скорее порывистостью, то в процессе своего правления он постоянно рос как человек и политик. В вопросах политической тактики он, без сомнения, превосходил своих противников. Он сознательно защи- щал права империи от княжеского территориального партикуляризма и папской ие- рократии и сохранял позиции королевской власти, даже если в отдельных случаях был готов пойти на уступки. Но при этом Генрих IV не осознавал значимость но- вых духовных сил, против которых он боролся. Таким образом, во время его правления королевская власть потеряла связь с движением за церковные реформы, с той силой, которая определяла характер эпохи. Однако его правление ни в ко- ей мере не было направлено на сохранение старого порядка. В борьбе с князья- ми, поддерживая бюргерство и министериалов, начав движение за мир и усилив королевскую юрисдикцию, он заложил основы для формирования сильной королев- ской власти в XII веке.
Глава 17. Развитие понятия инвеституры в конце XI века и борьба за инвеституру в Англии и Франции В последние годы правления Генриха IV противостояние между императором и папой обострилось. В то же время религиозная полемика, начавшаяся после смер- ти Григория, способствовала теоретической подготовке решения вопроса об инве- ституре, которое должно было положить конец борьбе. Уже в середине XI века от случая к случаю высказывалась мысль о том, что при назначении на должность епископов необходимо проводить различия между их духовными и светскими функ- циями. Один из сторонников Генриха IV, епископ Видо Феррарский, в своем сочи- нении «De scismate Hildebranti» («О схизме Гильдебранда»), написанном в 1086 году, снова подхватил эту мысль. Для него любой епископ является носителем двойного права, духовного и светского. Духовное включает в себя исполнение обязанностей епископа, а светское право охватывает все владения, регалии и привилегии, которые передаются от князей и мирян. Правда, Видо не довел до конца эту идею о разграничении прав. Факт королевской инвеституры он пытался оправдать тем, что сама по себе королевская власть имеет духовный характер. Эту непоследовательность устранил через десять лет французский знаток канони- ческого права епископ Ив Шартрский. Королям, как он разъяснял в одном из пи- сем к Гуго Лионскому, папскому легату во Франции, дозволено передавать епи- скопство лицу, избранному по кононическим правилам. Такая передача («conces- sio») ни в коем случае не вредит исполнению духовных обязанностей, так как касается только прав и имущества церкви, которыми та владеет благодаря щедро- сти королей. Князья же должны отказаться от символов духовной инвеституры. Назначение епископов в том виде, за который выступает еще Видо, Ив не одобря- ет . Он настаивает на избрании их клиром и народом и предоставляет князьям только право утверждать этот выбор. Тем самым последовательно проводилось разделение двух сфер — темпоральной и спиритуальной, мирской и религиозной жизни духовенства. Решение, которое в конце XI века предлагал Ив, не ограничивалось только теоретической полемикой. Оно тут же нашло практическое применение при урегу- лировании конфликта между королевской властью и папой во Франции и Англии. В обеих этих странах борьба за инвеституру не играла такой значительной роли, как в Германии. Французский король практиковал инвеституру лишь в незначи- тельной части епископств. Светская власть знати над церковью проявлялась в других формах. Филипп I (1060-1108) не был озабочен запретом инвеституры, ко- торый не раз провозглашал Григорий VII. Однако папа, несмотря на все резкие увещевания, избегал разрыва с ним. Лишь брачные недоразумения Филиппа I, ко- торый после двадцати лет брака в 1092 году покинул свою супругу Берту Гол- ландскую, стали причиной столкновения между ним и курией. Поэтому в 1094 году Гуго Лионский наложил на короля интердикт. В следующем году в Клермон-Ферране сам Урбан II отлучил короля от церкви. После того как в 1098 году он условно отпустил королю грехи, при Пасхалии наступило примирение курии с Филлипом, когда тот в 1104 году подчинился в вопросе брака. Относительно назначений в епископства, подчиняющиеся королю, тогда же практически пришли к соглашению о том, что там полагалось каноническое избрание. После рукоположения избранного король наделял его светской инвеститурой с мирскими правами и доходами (Temporalien), не используя при этом символа инвеституры; он довольствовался клятвой верности епископа. Поэтому вряд ли можно говорить о борьбе за инве- ституру во Франции. Так же, как и во Франции, вопрос об инвеституре не затронул основ государ- ственной жизни Англии. С восьмидесятых годов связи между Англией и Святым
престолом были очень зыбкими. Вероятно, Вильгельм I распорядился платить Риму грош святого Петра и провести в Англии монастырскую реформу. Архиепископ Лан- франк Кентерберийский принял полномочия папского легата. Но главой церкви при Вильгельме I и его наследниках оставался английский король. При преемнике Ланфранка Ансельме, которому в 1093 году Вильгельм II после многолетней ва- кансии передал архиепископство, разразился конфликт между королем и примасом английской церкви. Ансельм вынужден был покинуть страну. Поскольку он отка- зался принять инвеституру от Генриха I, брата и преемника Вильгельма II, и принести ему клятву верности, то должен был повторно покинуть Англию. Поэтому на синоде 1105 года Пасхалий II отлучил от церкви всех, принявших инвеституру от короля, а также советников короля. Только после длительных переговоров на королевском совете в Лондоне в 1107 году удалось окончательно урегулировать конфликт. Король отказался от инвеституры кольцом и посохом, но ему удалось сохранить решающее влияние в вопросе назначения на должность епископа, так как выборы, как правило, проходили при королевском дворе. Избранный должен был перед посвящением в сан принести королю клятву при наделении светскими полномочиями. Таким образом, в Англии было также последовательно проведено разделение светских и духовных прав в смысле учения Ива. Тем самым был указан путь, на котором можно было найти решение проблемы и в Германии. Глава 18. Начало правления Генриха V Генрих V восстал против своего отца в союзе с князьями и церковью. Преду- предительность, которую он проявил в отношении реформаторских устремлений в Германии, должна была пробудить надежды на то, что он быстро уладит конфликт с церковью. С другой стороны, большое количество инвеститур, которые он осу- ществил еще при жизни своего отца, показывало, что он не был готов отказаться от королевских прав. Пасхалий II полагал, что личное присутствие папы в Гер- мании будет способствовать заключению мира, и поэтому весной 1106 года отпра- вился на север. Но прежде он решил провести синод в Северной Италии, в Гуа- сталле под Пармой. Архиепископ Бруно Трирский в качестве посланника Генриха V передал готовность короля к соглашению, но в то же время и его требование, чтобы папа предоставил ему «ius regni» («право короля»). Синод, правда, вновь ясно высказался за запрет светской инвеституры, однако Бруно удалось достичь признания почти всех назначенных королем епископов. Позиция Генриха V заста- вила папу счесть нецелесообразным продолжение поездки в Германию. Поэтому он сначала отправился во Францию, которая все больше становилась опорой папы, и продолжил переговоры с посланниками Генриха V в Шалон-сюр-Марне. Они, однако, окончились неудачей, так как король не хотел отказываться от права инвеститу- ры. В мае 1107 года синод в Труа снова выступил против светской инвеституры, но воздержался от угрозы наказания в отношении немецкого короля. Новые пере- говоры, которые с конца 1109 года вел в Риме епископ Бруно Трирский и на ко- торые он взял особую инструкцию «Tractatus de investitura episcoporum» («Трактат об инвеституре епископов»), были безуспешны. Сам Пасхалий на одном из синодов в Риме в марте 1110 года вновь объявил о запрете инвеституры. Для Генриха в это время на первый план вышли внутригерманские проблемы и конфликты на востоке. Через несколько недель после смерти Генриха IV, 25 ав- густа 1106 года, умер герцог Магнус Биллунг, последний представитель мужской линии этого рода. Его старшая дочь Вульфильда была замужем за Генрихом Чер- ным, младшим братом баварского герцога Вельфа V, младшая Эйлика — за младшим графом Оттоном фон Балленштедтом. Обойдя в праве наследования в Саксонском герцогстве зятей последнего Биллунга и передав его графу Лотарю Суплинбург- скому (фон Зюплингенбургу), король, вероятно, хотел помешать установлению на
территории Саксонии слишком сильной власти, сконцентрированной в одних руках. Лотарь тогда еще не принадлежал к крупным саксонским династам. Благодаря его браку с Рихенцей из дома Нортхеймов ему лишь во время последующего герцогско- го правления удалось существенно расширить базу своего господства. Обширная область владений Биллунгов была разделена. Их имущество большей частью пере- шло через Вульфильду к Вельфам, которые благодаря этому впервые закрепились в Северной Германии. В Нижней Лотарингии после герцога Генриха Лимбургского, которого отстранил Генрих V, медленно завоевывал авторитет новый герцог Готфрид Лувенский (Лё- венский). Когда Генрих V вмешался в династическую борьбу в Богемии, Венгрии и Польше, то в первые годы его правления это привело к затяжным конфликтам на восточной границе империи. В Богемии в беспорядочной борьбе за трон, начав- шейся после смерти короля Братислава, победил князь Святополк. Безуспешными были походы против короля Кальмана Венгерского (1108 год) и Болеслава III Польского, который начал расширять свое влияние в Померании и отказывался признавать немецкий сюзеренитет. Польша и Венгрия все больше уходили из-под влияния империи. Лишь Богемия, даже после внезапной смерти князя Святополка, сохранила свою ленную зависимость. Глава 19. Попытка примирения в 1111 году После урегулирования внутриполитических вопросов летом 1110 года Генрих V смог начать уже давно запланированный римский поход. Благодаря помолвке с Ма- тильдой, восьмилетней дочерью английского короля Генриха I (на Пасху 1110 го- да) , он незадолго до этого заключил выгодный для обоих партнеров немецко- английский союз. Приданое Матильды в размере 10 000 марок серебра было суще- ственной поддержкой при подготовке похода в Италию. Все имперское ополчение было объединено под предводительством короля. Он был признан повсеместно в Северной и Центральной Италии, даже ломбардскими городами и маркграфиней Ма- тильдой. В то же время его посланники начали пререговоры с курией. Правда, требование передать ему инвеституру было отклонено папской стороной, зато здесь подхватили идею четкого разделения духовного и светского права, которую выдвинули посланники короля. В ответном предложении папа вызвался постановить всем немецким церквям вернуть все имущество и права империи: им должны были оставляться только частные дарения и десятины. Взамен король должен был отка- заться от инвеституры. На основании этого предложения между посланцами короля и папы 4 февраля 1111 года в несуществующей ныне церкви св. Марии в Турри возле собора ев. Петра был заключен договор. 9 февраля он был закреплен клят- вой короля в Сутри. Папа обязывался короновать Генриха императорской короной. Перед коронацией должны были огласить грамоты об обоюдном отказе от соответ- ствующих прав. Переговоры велись в обстановке строжайшей секретности. В них даже не прини- мал участие немецкий епископат, чье положение в результате этого договора полностью менялось: почти двухвековое развитие должно было быть отброшено вспять одним росчерком пера. В будущем суверенные права переставали быть при- надлежностью сана, поступая в распоряжение короля. Епископы в любое время могли потерять свое достоинство имперских князей. С другой стороны, возвраще- ние регалий империи означало бы чрезвычайное приращение королевской власти, которым она, однако, едва ли была в состоянии распорядиться. Поэтому даже светские князья должны были с большим скепсисом отнестись к этому плану. Ос- тается под вопросом, считал ли сам Генрих V осуществление этого плана возмож- ным . Может быть, он согласился на этот далекий от реальности проект папы только для того, чтобы показать свою мнимую готовность к примирению.
В результате 12 февраля 1111 года в соборе св. Петра произошла бурная сце- на. После того как Генрих в торжественной форме утвердил владения Римской церкви, были оглашены содержащие договор грамоты. Сначала король объявил об отказе от инвеституры. Во время оглашения ответной папской грамоты поднялась невероятная суматоха, так как немецкий епископат был захвачен врасплох требо- ванием отказа от суверенных прав. Немецкие князья и епископы объявили декрет папы еретическим. После этого Генрих потребовал полного права инвеституры и коронации себя как императора. Когда папа отклонил оба этих требования, ко- роль объявил договор недействительным и пленил папу и кардиналов. Восстание римлян вынудило короля, который сам был ранен во время начавшихся схваток, быстро покинуть Рим, но плененного папу и его свиту он увез с собой. Спустя два месяца Пасхалий вынужден был подчиниться требованиям короля. В договоре, заключенном 11 апреля в Понте-Маммоло под Римом, папа подтвердил, что король имеет право осуществлять светскую инвеституру кольцом и посохом после канони- ческого избрания, но до рукоположения в сан епископа, и на следующий день вы- дал королю соответствующую привилегию. Затем он пообещал возвести его на им- ператорский трон и никогда не отлучать от церкви. За это король тут же осво- бодил папу из-под ареста. 13 апреля в соборе св. Петра под защитой немецкого оружия он был увенчан императорской короной. Генрих вернулся в Германию. На обратном пути он еще раз встретился с маркграфиней Матильдой, которая сделала его наследником своих родовых владений. Однако при этом Генрих, вероятно, признал более ранние дарения сделанные Матильдой курии. Генрих V мог полагать, что борьба завершается, и он добился того, за что тщетно боролся его отец. Воплощением этого победного чувства стало захороне- ние тела Генриха IV со всеми церковными почестями в шпеиерском кафедральном соборе спустя пять лет после его смерти, устроенное сыном в тот же самый день, 7 августа, уже после возвращения в Германию. Шпайерский собор.
Но церковь не могла примириться с той сильной империей, которая должна была возникнуть после разрешения конфликта. Сразу же после отъезда императора в Риме против Пасхалия поднялась оппозиция реформаторов. Папа вынужден был пой- ти на уступки. На синоде, проведенном в марте 1112 года в Латеране, он зая- вил, что привилегию Понте-Маммоло он дал под принуждением. Синод объявил «pravilegium»38 недействительной. Пасхалий торжественно заявил о своей при- верженности принципам Григория и Урбана. Так как он все же не решался сам от- лучить Генриха, то в Южной Франции под предводительством архиепископа Гвидо Вьеннского собрался синод, который заклеймил как ересь любую форму светской инвеституры и отлучил императора от церкви (сентябрь 1112 года). Пасхалий признал эти решения действительными, не прервав, однако, общение с императо- ром. Глава 2 0. Генрих V и немецкие князья Во внутренней политике Генрих V после своего возвращения в Германию обра- тился к традициям старой салической королевской политики. Имперские министе- риалы теперь стали играть в его окружении все большую роль. С их помощью он пытался укрепить позиции королевской власти на верхнем Рейне. На то же указы- вает и покровительство городам: Шпейер (1111 год) и Вормс (1114 год) получили важные привилегии, которые должны были устранить недостатки в управлении го- родами их сеньоров-епископов. В Кёльне в 1112 году горожанам удалось при под- держке императора заставить архиепископа признать их «coniuratio pro liber- tate» («заговор ради свободы»). Вскоре территориальная политика короля привела его к острому конфликту с князьями. Центр тяжести сопротивления, как и прежде, находился в Саксонии. Лотарь Супплинбургский с самого начала старался сделать свои герцогские при- вилегии более значительными, чем у последних Биллунгов. В области саксонского пограничья он начал активное наступление на славян. Он неоднократно выступал против них походами и подчинил их своей власти. Важную поддержку в пригранич- ной области он получил от графа Адольфа фон Шауэнбурга, которому после смерти графа Готфрида фон Гамбурга он передал вакантные графства Гольштейн и Штор- марн (начало 1111 года). Распространению саксонского влияния в этой области способствовало то, что Генрих, сын убитого в 1066 году князя ободритов Готт- шалка, смог в последние годы XI века снова утвердить власть своего рода в земле ободритов. Он сделал крепость Старый Любек, расположенную к северо- востоку от современного Любека, центром христианской славянской державы. Когда Генрих V в 1112 году вмешался во внутренние дела Саксонии, это приве- ло к возникновению здесь общей оппозиции князей. Она нашла сильного союзника в лице архиепископа Адальберта Майнцского, бывшего канцлера Генриха V. Поэто- му Генрих начал процесс против архиепископа, и тот был приговорен княжеским судом к заключению под стражу. Тем временем в борьбе с саксонскими повстанца- ми успеха добился имперский полководец граф Хойер фон Мансфельд. Когда Генрих в 1114 году праздновал в Майнце свою свадьбу с Матильдой, то ему здесь вынуж- ден был подчиниться и герцог Лотарь. Неудача постигла императора, когда он потерпел фиаско в походе против фризов. Теперь и город Кёльн встал на сторону его врагов. После тщетной попытки завоевать Кёльн император в конце года дви- нулся на саксов. Но войско противника по численности превосходило королев- ское. 11 февраля 1115 года при Вельфесхольце под Мансфельдом состоялась бит- ва . Император потерпел жестокое поражение. Его военачальник Хойер фон Манс- Игра слов: privilegium — лат. «привилегия, преимущественное право»; pravilegium — от pravum («искривленность, извращенность, порочность»), — Прим. ред.
фельд погиб в этом бою, а сам Генрих вынужден был почти что бежать из Саксо- нии. Поражение императора ознаменовало решительный поворот в его правлении. Он проиграл в противоборстве королевской и княжеской власти. Епископат теперь также начал отдаляться от него. Папским легатам удалось в Германии публично отлучить Генриха V от церкви. В этой трудной ситуации он получил известие, что 24 июля 1115 года скончалась маркграфиня Матильда. Несмотря на непрояс- ненную обстановку в Германии, он решил отправиться в Италию, чтобы предъявить здесь свои права на наследование. В качестве своих заместителей в Германии он назначил двух собственных племянников из рода Штауфенов, герцога Фридриха II Швабского и его брата Конрада. Конрад получил графства мятежного епископа Вюрцбургского в качестве герцогства Восточная Франкония. Таким образом была создана основа для территориальной политики Штауфенов на Майне. Глава 21. Второй римский поход Генриха V Второй римский поход, который Генрих предпринял в марте 1116 года, со всей очевидностью продемонстрировал изменение его положения в Германии. Если во время первого похода он появился в Северной Италии с общегерманским ополчени- ем, то в этот раз он явился без войск. Целью похода было не только получение обширного территориального наследства Матильды, но и желание помешать союзу курии с немецкой оппозицией. Наследство маркграфини он смог получить в свое распоряжение без каких-либо сложностей. При этом он претендовал не только на имперский лен, но и выступил в качестве частного наследника маркграфини на основании соглашения от 1111 года. Раздачей ценных привилегий он смог при- влечь на свою сторону города Северной Италии. При этом он вступил в личные отношения с Ирнерием, известным основателем болонской правовой школы. Так на- чинается тесный контакт между императорской властью и учителями римского пра- ва, которое снова пользуется большим почетом. Переговоры, которые он вел с Пасхалием II при посредничестве аббата Понтия Клюнийского, не увенчались успехом. Под нажимом ярых григорианцев и курии Пасхалий II настаивал на отмене так называемого «pravilegium» 1111 года. За любую инвеституру грозило отлучение от церкви. Однако вскоре после этого вос- стание римлян вынудило папу покинуть город. Генрих смог весной 1117 года вой- ти в Рим. На Троицу он повелел португальскому архиепископу Морису Бражскому возвести на императорский престол свою супругу Матильду. После отбытия короля Пасхалию еще раз удалось при помощи норманнов овладеть городом, но в январе 1118 года он скончался. Коллегия кардиналов избрала его преемником бывшего канцлера римской церкви Джованни из Гаэты, который назвал себя Геласием II. Когда и с ним не удалось достичь соглашения, император решил, под влиянием римских противников папы, назначить антипапой Григорием VIII Мориса Бражского, объявив перед этим из- брание Геласия недействительным. Но когда император осенью 1118 года покинул Италию, то власть этого антипапы уже не играла большой роли. Григорий VIII, по существу, оставался представителем интересов римской знати, благодаря чему его противники дали ему насмешливое прозвище Бурдинус (испанский осел) . Но и Геласию не удалось сломить противодействия Рима. Поэтому в том же году он от- правился в Южную Францию, где и умер в Клюни в январе 1119 года. Согласно его последнему желанию немногие собравшиеся в Клюни кардиналы избрали папой Ка- ликстом II архиепископа Гвидо Вьеннского. Он происходил из бургундской знати и был первым регулярным каноником, который занял папский престол. Казалось, что примирительная позиция нового папы гарантирует успех мирным
переговорам. Они были начаты в сентябре 1119 года в Страсбурге. Генрих объя- вил о своей готовности отказаться от инвеституры, после того как два француз- ских духовных лица, епископ Вильгельм из Шампо и аббат Понтий Клюнийский, разъяснили ему, что это не означает отказ от прежних достижений имперской церкви. Совместно с папскими легатами была составлена грамота, содержащая до- говор, по которому окончательный мир между императором и папой должен был быть заключен 24 октября в Муз о не на р. Маас. Папа отправился в Музон из Реймса, где заседал всеобщий собор. Но поскольку со стороны курии было выска- зано пожелание изменить договор, и от императора, вероятно, ясно потребовали отказаться также и от предоставления в ходе инвеституры светских прав, то со- глашение потерпело крах. Папа вернулся в Реймс. Здесь он пожелал издать общий запрет инвеституры, но столкнулся с сопротивлением участников собора и поэто- му должен был довольствоваться запретом светской инвеституры в епископствах и аббатствах, причем вопрос о светских правах духовенства не обсуждался. Было снова объявлено об отлучении императора, антипапы и их сторонников от церкви. В начале следующего года Каликст смог вернуться в Италию и в Рим. В 1121 году Бурдинус попал в его руки и был заточен в монастырь. Так власть антипапы на- шла свой бесславный конец. Глава 22. Вормсский конкордат Неудача переговоров в Музоне и повторное папское отлучение от церкви вновь обострили противоречия в Германии. Адальберт Майнцский, будучи папским лега- том, попытался создать новую антиимператорскую оппозицию, прежде всего в Сак- сонии. Бавария, где в 1120 году Вельфа V сменил его брат Генрих Черный, Шва- бия, находившаяся под властью герцога Фридриха II, и ряд областей Франконии и Лотарингии встали на сторону императора. Когда Генрих летом 1121 года осадил город Майнц и туда поспешил с деблокирующим войском архиепископ Адальберт, то казалось, что начнется новая битва. Тогда с обеих сторон выступили князья с предложением созвать миротворческое собрание, которое состоялось осенью в Вюрцбурге. Здесь было принято решение о том, что конфликт с церковью должен быть урегулирован с советом и помощью князей, без нарушений прав империи. Ка- ликст II теперь тоже был готов к переговорам и отправил в Германию кардиналов Ламберта Остийского, Саксона и Григория. Совещания, которые первоначально должны были состояться в Вюрцбурге, начались 8 сентября 1122 года на синоде в Вормсе, где приняли участие император, легаты и ряд духовных и светских кня- зей. После долгих, временами трудных переговоров, пришли, наконец, к единому мнению, основанному на разделении светского и духовного права, как оно было теоретически обосновано в литературе того времени и уже нашло свое практиче- ское воплощение во Франции и Англии. 23 сентября 1122 года Вормсский конкор- дат был торжественно объявлен перед большим стечением народа на равнине Лоб- визен под Вормсом. Король отказался от инвеституры кольцом и посохом и при- знал за церквями империи право на каноническое избрание и свободное посвяще- ние в сан. Однако выборы должны были проводиться в присутствии короля или его уполномоченных. Эта «presentia regis» («присутствие короля») хотя и не пре- доставляла ему определенных правовых полномочий, но фактически давала возмож- ность королю проявить свое влияние. При наличии разногласий во время выборов король должен был согласно совету или мнению обладающих компетенцией митропо- литов и замещающих их епископов отдать свой голос за находящегося в правах кандидата («sanior pars» — «более основательного»). Король должен был посред- ством скипетра наделить избранного кандидата регалиями. В Германии такая светская инвеститура должна была предшествовать церковному посвящению. В Бур-
гундии же и в имперской части Италии император давал светскую инвеституру только в течение полугода после церковной. В Папской области конкордат не имел силы. В то время когда королевская грамота в еще неоформленном подобающим образом оригинале была предоставлена церкви, Генриху V лично вручили лишь копию от- ветной папской грамоты. Вопрос о том, будут ли уступки папы действительны и после смерти этого императора, оставался открытым. В папском окружении было вскоре высказано мнение, что они предоставлялись только Генриху, но не его наследникам. На хофтаге в Бамберге конкордат был принят князьями. Латеранский синод, который состоялся в марте 1123 года в Риме, также подтвердил принятое в Вормсе соглашение, хотя папские уступки вызвали недовольство многих участ- ников . Вормсский конкордат, став своего рода компромиссом, положил конец пятидеся- тилетней борьбе. Мир был достигнут путем уступок с обеих сторон. Германская королевская власть отказалась от важных прав и вынуждена была принести в жертву традиционную систему имперской церкви. Но было бы неправильным только на этом основании считать Вормсский конкордат поражением королевской власти. Несмотря на отказ от инвеституры кольцом и посохом, королевской власти в Гер- мании удалось в будущем сохранить свое влияние на замещение высших церковных должностей. Епископы и имперские аббаты в будущем являлись лишь вассалами ко- роля, подобно прочим имперским князьям. Имперская церковь была полностью включена в систему ленного права. Иначе складывались отношения в имперской Италии и Бургундии. Здесь церкви фактически были выведены из-под влияния ко- ролевской власти. Наделение королем инвеститурой посредством регалий после завершенного посвящения в сан носило всего лишь формальный характер. Нельзя было, однако, недооценивать моральную победу церкви: хотя и не осуществились полностью требования Григория VII, было устранено господство германской коро- левской власти над папством, был, так сказать, перекрыт путь к церковному го- сударству через епископства Северной Италии. Ушедшее в историю частное цер- ковное право государства уступило новому каноническому праву церкви. Таким образом, папство могло с полным правом считать себя победителем. После заклю- чения конкордата Каликст II повелел изобразить этот триумф на большой фреске в Латеране. Глава 2 3. Конец правления Генриха V Вормсский конкордат установил мир в отношениях между Генрихом V и церковью. Однако в Саксонии напряженность в отношениях между императором и оппозицией сохранялось. Герцог Лотарь не принимал участия в переговорах в Вормсе. Вскоре между ним и императором снова вспыхнула вражда. После смерти маркграфа Генри- ха фон Эйленбурга в 1123 году император передал обе его марки Мейсен и Лаузиц графу Випрехту фон Гройцшу. Вопреки этому распоряжению герцог Лотарь посадил в Лаузице (Восточная марка) Альбрехта Медведя из дома Балленштедтов, а марку Мейсен он передал Конраду фон Веттину. Приглашения явиться на рейхстаг в Бам- берге он не принял. Было решено отправиться против него в поход, но этот план не был осуществлен. Саксония и восточная граница фактически были исключены из сферы влияния королевской власти. В последние годы правления императора больше занимали проблемы на западной границе империи. Его тесть Генрих I Английский одержал в 1106 году победу над своим старшим братом Робертом, герцогом Нормандским, и взял его в плен, снова объединив, таким образом, Англию и Нормандию. Однако Нормандия была и остава- лась леном французской короны, которая в 1108 году после смерти Филиппа I пе- решла к его энергичному сыну Людовику IV. Вскоре между ним и его могуществен-
ным английским вассалом возникли трения. Когда единственный сын Генриха I Вильгельм в 1120 году утонул в канале при переправе в Нормандию, его сестра- близнец императрица Матильда стала ближайшей наследницей английского короля. Казалось, намечается новое соотношение политических сил в форме германо- английской империи под единым правлением. Поэтому было естественным то, что Генрих V поддерживал своего тестя в его столкновениях с Францией. Летом 1124 года во Францию должно было отправиться немецкое войско. Угроза такого немецкого нападения привела во Франции к последствиям, кото- рые трудно было предсказать. Король, напутствуемый мудрым аббатом Сен-Дени Сугерием, призвал к национальному сопротивлению, подняв над алтарем монастыря Сен-Дени орифламму, считавшуюся знаменем Карла Великого. Крупные отряды фран- цузской феодальной знати присоединялись к войску Капетинга. Войско Генриха V не обладало такой мощью. Император, который продвинулся до Меца, вынужден был в августе повернуть назад, так и не вступив в бой, поскольку в собственном тылу против него восстал город Вормс. Это было последней политической акцией Генриха V. В начале 1125 года болезнь, похожая на рак, от которой император страдал уже давно, обострилась. 23 мая в возрасте 39 лет он скончался в Ут- рехте. Будучи бездетным, он передал свои владения племяннику Фридриху Шваб- скому и тем самым признал его наследником без необходимого формального выдви- жения. Генрих V был похоронен рядом со своими предками в соборе Шпейера. За несколько месяцев до него, 14 декабря 1124 года, скончался папа Каликст II. После его смерти обострились возникшие еще на Латеранском синоде 1123 года трения внутри коллегии кардиналов. В обстановке скандала новым папой Гонорием II был избран кардинал-епископ Ламберт Остийский, руководитель переговоров в Вормсе. Главную роль в этих событиях сыграл выдвинутый Каликстом II в канцле- ры кардинал-дьякон Хаймерих. Со смертью Генриха V закончилось вековое господство Салической династии. Хотя современники-хронисты и изображали императора в неблагоприятном свете, нельзя отрицать наличие твердости и хитрости в его характере. Как бы ни был Генрих V отличен от своего отца, целью обоих последних Салиев было сохранение по мере возможности власти короны в Германии. В целом, несмотря на все от- дельные уступки, им удалось существенно укрепить определяющее влияние коро- левской власти на немецкую церковь. Однако росту княжеской власти они не мог- ли помешать. Именно конец правления Генриха V позволяет понять, насколько центр тяжести в борьбе между королем и князьями сместился в пользу последних. Заключение Вормсского конкордата было, в первую очередь, результатом действий князей. Но, с другой стороны, Генрих V, продолжая дело своего отца, способст- вовал развитию новых, политически и социально идущих на подъем сил — бюргер- ства и имперского министериалитета — и тем самым указал Штауфенам путь, на котором становилось возможным обновление королевской власти. Глава 2 4. Духовные и религиозные перемены в эпоху борьбы за инвеституру Борьба между regnum и sacerdotium, между старым, вошедшим в обычай порядком и новыми реформаторскими идеями, оставила глубокие следы в духовной и религи- озной жизни Германии. Напряженность этих десятилетий ясно проявляется не только в исполненных страстности историографии и публицистике, но и в искус- стве той эпохи. Особенно явственно это обнаруживается в архитектуре. Исходным образцом для нового типа монастырского культового строительства стал Хирзау. Рядом со старой церковью Св. Аврелия Вильгельм фон Хирзау распорядился по- строить базилику св. Петра и Павла, которая — с ее расширенными хорами, осо- бенно с сооруженным здесь «chorus minor» («малым хором»), а также с преобра-
женным в «предцерковь» атриумом — учитывает новые обычаи богатой литургиче- ской жизни, пришедшие в Хирзау из Клюни. При этом в Хирзау еще придерживались традиций строительства базилик с плоским перекрытием сводов. Этот новый тип монастырской церкви стал позднее образцом для ряда монастырей в Швабии и в Средней Германии. Однако пока нельзя говорить о возникновении собственной ар- хитектурной школы Хирзау, так как наряду с этими исходящими из Хирзау импуль- сами важную роль играла местная традиция. В развитии церковной архитектуры в Германии важное место занимает также новый собор в Шпейере, строительство ко- торого примерно с 1080 года вел Генрих IV. Ещё Конрад II и Генрих III начали строительство этого нового собора как родовой усыпальницы. При Генрихе IV от- казываются от первоначальной концепции базилики с плоским перекрытием и впер- вые в Германии применяют технику перекрытия нефов крестовыми сводами. На вре- мя Генриха IV приходится также строительство новых соборов в Майнце и Вормсе. Аббатство Хирзау. Шл S&v <• -W ifvTiL- Майнцский собор.
Новые религиозные импульсы распознаются и в поэзии того времени. После поч- ти 150-летнего перерыва владеющие искусством письма клирики снова начинают творить стихи на немецком языке. Ранняя средневерхненемецкая литература — это в основном религиозная поэзия дидактического характера. Влияние монастырского реформаторского движения на немецкую духовную поэзию конца XI века не очень значительно. Поэтому ее нельзя назвать «клюнийской». Создателями этой литера- туры были в основном представители «белого духовенства», которые в своих про- изведениях обращаются, прежде всего, к светской знати. Так, сразу после 1060 года настоятель Бамбергского собора Эццо сочинил песнь о чудесных деяниях Христа. Это первое крупное духовное сочинение в стихах на немецком языке ис- полнялось, возможно, во время массового паломничества в Палестину в 1064 го- ду. Около 1070 года появился призывающий к покаянию текст «Memento mori», ав- тор кторого Нокер, очевидно, был аббатом монастыря Цвифальтен. К концу XI ве- ка относится, вероятно, и появившаяся в монастыре Зигбург «Песнь об Анноне», одно из самых ранних произведений немецкой эпической литературы, которое рас- сматривает жизнь Кёльнского архиепископа Аннона II как образцовый пример из церковной и имперской истории. Б начале XII века эта духовная литература на- ходит свое развитие также в Средней Германии и в Австрии, чтобы в период с ИЗО по 1150 год достичь своего полного расцвета. Особое место среди церковных школ занимает Бамбергская соборная школа под руководством схоласта Мейнхарда, одного из образованнейших и искуснейших сти- листов своего времени. Оживление наблюдалось и в Хильдесхейме при руководите- ле церковной школы Бернхарде. На юго-западе Империи необходимо назвать, преж- де всего, церковную школу в Констанце, управление которой долгое время нахо- дилось в руках Бернольда. Но с середины века немцы начинают интенсивно пере- селяться во Францию, где известными становятся, в первую очередь, школы Шар- тра, Лана и Парижа. Бо Франции зародилась и новая церковная наука. Если столкновение мнений об- наруживало определенные расхождения между церковными авторитетами и местами вызывало сомнения в дидактической традиции, то эта новая наука — схоластика — пытается рационалистично постигнуть и взаимно согласовать религиозные истины. Ее основоположником, невзирая на нередко высказывавшиеся в последнее время сомнения, следует считать уроженца Северной Италии Ансельма Кентерберийскохю (ок. 1033-1109) , о роли которого уже упоминалось выше в связи с церковным конфликтом в Англии. Значение его важнейших сочинений «Cur deus homo?» («По- чему Бог является человеком?»), «Monologium», «Proslogium» заключается в том, что он пытается продвинуться от непосредственности веры к достижимой цели на- учного познания («fides quarens intellectum» («разум, ищущий веры»)), а также подвести логический фундамент под церковную дидактическую систему. Благодаря ему экзегеза становится важнейшей задачей теологии XII века. Этот диалектиче- ский метод ранней схоластики находит свое развитие, прежде всего, в творчест- ве Пьера Абеляра (1079-1142). Занятый сначала в кафедральной школе Лана, с 1113 года он начинает активную деятельность в Париже. Его слава привлекает сюда многочисленных учеников, в том числе немало молодых немцев, и его школа становится первым шагом к созданию Парижского университета. Благодаря своему вмешательству в спор об универсалиях, в котором он занял посредническую пози- цию, Абеляр положил начало критической трактовке проблемы познания. Но диа- лектический метод, необходимость которого демонстрировал, прежде всего, его труд «Sic et поп» («Да и нет») , выводил за пределы религиозной традиции. Та- ким образом, Абеляр нередко отдалялся от господствовавшей в то время дидакти- ческой позиции. Поэтому на двух синодах (1121 года в Суассоне и 1140 года в Сансе) он был обвинен в ереси и осужден. Его ярым оппонентом стал Бернар Клервоский (1090-1153). Бернар, правда, не противник науки, однако решающим для него было не понимание разумом, а созер-
цательное переживание Бога. Таким образом, он становится одним из основопо- ложников средневековой мистики. Ее своеобразие заключается в морально- практических выводах, которые он делает из подобного личного переживания. В мистическом созерцании Бога он черпает силы для передачи дара Божьей милости другим через проповедь и деяния любви. Он стал самым влиятельным и деятельным проповедником своего времени, но вместе с тем и церковным политиком, желающим исправить недостатки церкви. В его образе есть что-то противоречивое: он сам себя называл «Химерой века». Свойственное ему властолюбие сделало его на про- тяжении почти целого поколения некоронованным королем Запада, без чьего ведо- ма не происходило ни одно важное событие. Именно поэтому о второй четверти XII века говорили как об эпохе Бернара Клервоского. К самым влиятельным мыс- лителям этого времени принадлежит также немец Гуго — каноник августинского монастыря св. Виктора в Париже (1096-1141). Происходивший, вероятно, из сак- сонского графского рода Бланкенбургов (или из Фландрии), он был учителем, а позже руководителем школы в своем монастыре. Гуго был личностью, глубоко по- груженной в мистику, но в то же время его переполняло сильное стремление к научному познанию. Поэтому в своем обширном труде он хотел привести в гармо- нию новый метод схоластики и созерцательное переживание мистики. Рядом с ним и с французскими ранними схоластами особое место в теологии занимает аббат Руперт Дейцкий (ум. 1129). Происходивший из Люттиха (Льежа) и принадлежавший к реформаторскому кругу Зигбурга, он стал основоположником «немецкого симво- лизма» — автором многочисленных экзегетических сочинений, в которых пытался толковать библейские и исторические события как символы сверхъестественного, предначертанного Божественным провидением. В монастырской сфере той эпохи также отчетливо проявляются религиозные ме- тания, выразившиеся в признаваемых повсеместно попытках придерживаться старо- го идеала Vita apostolica и evangelica («Апостольской и евангелической жиз- ни») посредством строгой аскезы и миссионерской проповеди. С начала XII века эти устремления нашли свое последовательное оформление в новых орденах. Так, в западном монашестве начинается неизвестный до сих пор процесс дифференциа- ции. Около 1084 года реймский каноник Бруно, родом из Кёльна, с несколькими своими единомышленниками начали вести в долине Шартрез, недалеко от Гренобля, жизнь отшельников. Это сообщество положило начало Картезианскому ордену, ко- торый лишь в 1128 году создал свой устав, но только с XIV века начал действо- вать также и в Германии. Гораздо влиятельнее из-за своего поразительно быст- рого и широкого распространения стал другой источник этой монашеско- аскетической воли к обновлению: бургундский монастырь Сито к югу от Дижона, который был основан в 1098 году Робертом Молезмским, после первой неудачной попытки сделать это в Молезме. Но только Бернар Клервоский, в 1112 году всту- пивший в эту общину вместе с тридцатью родственниками и друзьями знатного происхождения, а через три года ставший аббатом дочернего монастыря Клерво, способствовал росту повсеместного влияния Цистерцианского ордена. Начало его деятельности во многих отношениях еще не прояснено. «Carta caritatis» («По- четная хартия»), которую утвердил папа Каликст II в 1119 году, дополнила строгий Бенедиктинский устав конституцией ордена, подобной которой нигде пре- жде не существовало. Каждый монастырь-основатель был обязан регулярно прове- рять произошедшие от него дочерние монастыри и участвовать в выборе их абба- тов . В свою очередь над ним устанавливался надзор созывающегося ежегодно в Сито генерального капитула всех аббатов. В аскетической простоте, молитве и труде братья должны были жить не доходами от больших монастырских владений, а прибылью от собственной работы, тогда как заботы о спасении души предоставля- лись священникам. Акцент при этом делался на занятие хозяйственной деятельно- стью, для осуществления которой важной предпосылкой было развитие института конверсов. Цистерцианцы предпочитали селиться в лесистых или пустынных, отда-
ленных от людей областях. Раскорчевка и окультуривание почвы, совершенствова- ние ими животноводства, садоводства и огородничества приносили прекрасные плоды. Это акцентирование экономической стороны в особенности способствовало участию ордена в процессе заселения немцами восточных земель. В Германии ор- ден закрепился с начала 20-х годов. Первая немецкая цистерцианская пустынь, основанная под Кёльном в 1123 году, стала родоначальницей целой сети монасты- рей , разросшейся на востоке. Независимо от этого лагеря вскоре появились дру- гие цистерцианские монастыри в Эбрахе в Штейгервальде и в Альтенберге под Кёльном, в графстве Берг. В середине XII века орден насчитывал в немецких землях уже 50 монастырей. Также и у регулярных каноников, о значении которых в церковной реформе уже упоминалось, под влиянием стремящегося к Vita evangelica движения появились новые общины. Важнейшая из них возникла по инициативе сына нижнерейнского графа Норберта фон Геннепа (ок. 1080-1134). Сначала каноник в Сантене, затем капеллан Генриха V, он начал в 1118 году в Северной Франции, очевидно, под впечатлением лично пережитого, выступать перед народом как странствующий про- поведник . Под давлением церкви он прекратил беспокойную кочевую жизнь и, при- няв устав августинцев, основал в 1120-1121 годах в Премонтре под Ланом кон- грегацию, котороя в 1126 году была утверждена папой Гонорием II как особый орден. Это был первый орден каноников, а не собственно монахов, со старшим пастором капитула во главе каждой общины (не монастыря в классическом смыс- ле) . С мыслью об аскезе и созерцании у Норберта, а в завершенном виде при распространении этого Ордена премонстрантов на восток, связывалась забота о спасении души. После того как графы фон Каппенберг (под Мюнстером) в 1122 го- ду передали свои обширные земельные владения новому ордену и основали здесь большое количество премонстрантских приютов, орден стал быстро распростра- няться и в Германии, особенно когда Норберт стал архиепископом Магдебурга. ЧАСТЬ II. ЛОТАРЬ III И НАЧАЛО ЭПОХИ ШТАУФЕНОВ Глава 25. Начало правления Лотаря III По праву происхождения следующим кандидатом на трон после смерти Генриха V, не оставившего детей, был 35-летний герцог Фридрих II Швабский. Значительное влияние, которое он унаследовал от Салиев, вызвало в церковных кругах, в пер- вую очередь у Адальберта Майнцского, оппозицию против него, так как от него ожидали продолжения церковной политики Салической династии. После того как Адальберту удалось заставить вдову императора Матильду передать имперские ин- сигнии, он 24 августа 1125 созвал избирательный съезд немецких князей в Майн- це. В «Narratio de electione Lotharii» («Повествовании об избрании Лотаря») имеется подробный, хотя и не во всех отношениях достоверный, отчет о проведе- ния выборов. В первый день переговоров была составлена коллегия из 40 членов — по 10 представителей четырех племен — швабов, баварцев, саксов и франков, которая в качестве кандидатов, помимо Фридриха Швабского, выдвинула маркграфа Леопольда III Австрийского и Лотаря III Саксонского. Архиепископ Фридрих Кёльнский вступил в союз с графом Карлом Фландрским, но тот отказался выста- вить свою кандидатуру. На вопрос архиепископа Адальберта, готов ли каждый из них признать другого в случае его избрания, Леопольд и Лотарь дали утверди- тельный ответ. Фридрих заявил, что сначала должен посоветоваться со своими сторонниками. На следующий день в обстановке путаницы королем был провозгла- шен Лотарь. Хотя баварцы заявили протест, их герцог Генрих Черный встал на
сторону Лотаря, так как, вероятно, уже тогда существовала договоренность о женитьбе его сына Генриха (Гордого) на единственной дочери Лотаря Гертруде. После этого Лотарь 30 августа смог быть избран королем в соответствии с ри- туалом и 13 сентября коронован в Ахене. Идея свободных выборов взяла верх над правом происхождения. По существу, избрание Лотаря было результатом действий давнего союзника саксонского герцога, архиепископа Майнцского. В то же время оно стало причиной последующего противостояния Штауфенов и Вельфов, так как Вельф Генрих Черный выступил против Штауфена Фридриха, несмотря на то, что его дочь Юдит была замужем за Фридрихом. Лотарь не только сообщил папе Гоно- рию II о своем избрании, но и попросил, а позже и получил его благословение («confirmatio»). Сообщение «Narratio» о том, что он после своего избрания, сговорившись с князьями, отказался от существенных прав Вормсского конкорда- та , не соответствует действительности. Лотарь был тогда в пятидесятилетнем возрасте. Во время герцогского правле- ния ему удалось расширить первоначально скромное влияние в Саксонии, прежде всего за счет того, что он в 1117 году после смерти своей тещи Гертруды Бра- уншвейгской получил богатое наследие Брунонов и Катленбургов. Он успешно рас- ширял свои герцогские права и иными способами. Несмотря на достигнутое в Сак- сонии могущество, Лотарю пришлось в первые годы своего правления преодолевать большие трудности. Сначала необходимо было разделить имперское и родовое дос- тояние, так как преемник короля не был его наследником. Предъявленное Фридри- ху Швабскому требование передать принадлежащее ему после смерти Генриха V им- перское достояние привело к конфликту со Штауфенами. Фридрих был подвергнут имперской опале, так как отказался выполнить требование Лотаря (в Рождество 1125 года). Было решено использовать против Фридриха имперское войско, но из- за смуты вокруг богемского трона этого не произошло. В начале 1126 года Ло- тарь вынужден был выступить против Богемии, так как новый богемский герцог Собеслав отказывался признавать немецкий сюзеренитет. Однако поход закончился поражением под Кульмом. Правда, позже Собеслав признал верховенство Лотаря и неоднократно оказывал ему военную помощь. Лишь летом 1127 года Лотарь смог возобновить борьбу против Штауфенов, оса- див Нюрнберг, один из их опорных пунктов. Несмотря на поддержку нового герцо- га Баварии, зятя Лотаря Генриха Гордого, ему не удалось завоевать город. Эта неудача короля стала для штауфеновской партии поводом, чтобы избрать в декаб- ре 1127 года в Нюрнберге антикоролем Конрада, младшего брата герцога Фридриха Швабского. Хотя Конрад был отлучен от церкви папой и немецкими епископами, он отправился в 1128 году в Италию, чтобы завладеть достоянием Матильды и тем самым обеспечить крепкую основу для своей власти. Здесь у него обнаружились приверженцы, и в Монце он был даже возведен миланским архиепископом на трон итальянского короля. Однако Конрад не добился своей главной цели — получить владения Матильды. В ИЗО году он вынужден был ни с чем вернуться в Германию, где, между тем, ситуация изменилась. В декабре 1129 года пал Шпейер, осенью следующего года после долгой осады в руки Лотаря перешел и Нюрнберг. Во время этого конфликта со Штауфенами Лотарь также вмешался в приграничные отношения на юго-западе и северо-западе империи. После смерти верхнебургунд- ского графа Вильгельма (1127 год) права на господство в Бургундии он передал Конраду фон Церингену, которого хотел привлечь на свою сторону в конфликте со Штауфенами. В споре домов Брабанта и Лимбурга за герцогство Нижняя Лотарингия он встал на сторону Вальрама Лимбургского. Этим конфликтом был окончательно закреплен распад Нижней Лотарингии на герцогства Брабант и Лимбург. В Саксо- нии, собственном герцогстве Лотаря, после смерти маркграфа Генриха фон Штаде началась борьба за Северную марку. Альбрехт Медведь, который был среди про- тивников Лотаря, потерял из-за этого в 1131 году Восточную марку. Опорой ко- ролевской власти в Восточной Саксонии стал Норберт фон Ксантен, которому в
1126 году Лотарь передал архиепископство Магдебург. Глава 26. Схизма ИЗО года и первый римский поход Лотаря Еще во время выборов папы Гонория II отчетливо проявились трения в коллегии кардиналов. Они обострились еще и из-за противостояния двух знатных родов Пьерлеони и Франджипани, которые в то время занимали в Риме ведущие позициии. Со времен Николая II Пьерлеони, евреи по происхождению, оказывали в Риме фи- нансовую помощь реформаторскому папству. Петр (Пьетро) , один из представите- лей этого рода, стал в начале XII века монахом в Клюни, а позже, при Пасхалии II, кардиналом. Франджипани, несмотря на противостояние с Пьерлеони, также поддерживали реформаторов. После смерти папы Гонория (14 февраля ИЗО года) эти противоречия нашли публичное выражение. Ещё в день смерти папы группа по преимуществу молодых кардиналов, представителей новых религиозных устремлений, предводителем кото- рой выступил канцлер Хаймерих, спешно избрала папой Иннокентием II кардинала Григория (Грегорио) Сан-Анджельскоро, в то время как папой Анаклетом II, правда, лишь незначительным большинством, был избран Пьетро Пьерлеони. Анак- лет нашел в Риме повсеместное признание, в то время как Иннокентию удалось продержаться в Риме лишь недолгое время, и в итоге он вынужден был покинуть город, отправившись за помощью во Францию. Вопрос о том, кто из них является законным папой, решала вся Западная Евро- па. Оба папы старались повсюду добиться своего признания, в особенности пыта- ясь заручиться поддержкой Лотаря. Пока тот колебался, Франция, а вскоре после этого и Англия под влиянием Бернара Клервоского встали на сторону Иннокентия II. Так же поступили ордена и регулярные каноники, из чьих кругов он вышел. Анаклет II, напротив, нашел помощь не только во многих областях Северной и Средней Италии, но и у норманнов. Внутри норманнского мира в последние годы полностью изменилось соотношение сил. Графа Рожера I Сицилийского после его смерти (1101 год) сменил, сначала при регентском правлении своей матери, его юный сын Рожер II, одна из самых значительных царствующих особ того времени. Такому подъему Сицилийской династии благоприятствовало то, что в 1125 году на материке прекратил свое существование род Роберта Гвискара. В результате Ро- жеру II удалось завоевать Апулию. Гонорий II был вынужден признать его в 1128 году герцогом и передать ему Апулию в ленное владение. Тогда Анаклет, чтобы заручиться помощью Рожера, встретился с ним, объявил его владения Апулию, Ка- лабрию и Сицилию королевством и передал его тому в лен (сентябрь ИЗО года) . Рожер признал Анаклета папой и обещал свою помощь, но за это папа должен был также подтвердить господство нового короля над областями Капуи и Неаполя и признать за ним широкие права в отношении церкви Сицилии. С этого момента ос- нования южноитальянско-сицилийского королевства норманны стали определяющим фактором господства над Средиземноморьем. Спустя несколько недель (октябрь ИЗО года) на синоде в Вюрцбурге Лотарем и немецкой церковью было вынесено решение по вопросу папского избрания. Король и синод под определяющим влиянием архиепископа Норберта высказались в пользу Иннокентия II. На встрече папы и короля в Люттихе в марте 1131 года присутст- вовал также Бернар Клервоский. Там в момент прибытия папы Лотарь оказал ему особые почести, не только в качестве конюшего проведя его коня под уздцы, но и держа ему стремя, как маршал — поступок, который можно было расценить как признание себя вассалом папы. Лотарь обещал сопровождать папу обратно в Рим, но за это потребовал оказать ему ответную услугу. Он обратил внимание папы на то, чего лишилась его королевская власть, отказавшись от инвеституры, и по- этому потребовал вернуть ему право на инвеституру. Однако под воздействием
красноречия Бернара Лотарь вновь отказался от попытки вернуться к тому право- вому статусу, который существовал до Вормсского конкордата. Проблемы внутреннего положения в Германии помешали проведению римского по- хода в том же году. Только в конце лета 1132 года Лотарю удалось с относи- тельно небольшим войском отправиться на юг. Здесь ситуация для Иннокентия бы- ла более благоприятной. Рожер II был так занят изматывающими мятежами внутри своей империи, прежде всего борьбой с князьями Робертом Капуанским и Райнуль- фом Алифским, что не смог оказать действенной помощи Анаклету II. В Северной Италии Лотарь получил признание лишь у небольшой части городов. Несмотря на это, в начале 1133 года он отправился с Иннокентием II дальше на юг, чтобы возвести его на папский престол в Риме. Однако он смог взять под контроль лишь часть города, не сумев овладеть собором ев. Петра и Городом Льва. Это создало новые сложности для возведения его на императорский трон. Только 4 апреля 1133 года Лотарь и Рихенца были коронованы в Латеране. Во время переговоров о коронации Лотарь повторил свое требование восстано- вить его прежнее право на инвеституру, выдвинутое еще в Люттихе. Его претен- зия вновь вызвала сопротивление, на этот раз, прежде всего, Норберта Магде- бургского. Однако взамен император добился не только общего подтверждения «debitae et canonicae consuetudines», но и в первую очередь содержательного разъяснения, что в будущем каждый избранный перед вступлением в должность должен запрашивать королевскую инвеституру регалиями. Норберт настоял на том, чтобы папа отдал в подчинение его Магдебургскому архиепископству обещанные еще Оттоном Великим области на Востоке, а именно Померанию и Польшу. Однако это подтверждение старых Магдебургских притязаний не имело реальной значимо- сти. Было уже невозможно лишить польскую церковь ее самостоятельности. Столь же мало значило и подтверждение епархиальных прав Гамбургского архиепископа Адальберо в Скандинавии. Основанное в 1103-1104 годах датское архиепископство Лунд было сохранено. Особенно важным предметом переговоров был непроясненный в результате второ- го римского похода Генриха V вопрос о владениях Матильды. Было найдено сле- дующее решение: Лотарь признавал собственническое право Римской церкви, но взамен возвращал себе владения с выплатой ежегодной подати в 100 фунтов се- ребра. Однако формальная передача папой этих владений в лен все же не состоя- лась . Иннокентий наделил Лотаря только инвеститурой с духовным символом коль- ца, зато была достигнута договоренность о том, что зять Лотаря Генрих Гордый, к которому в будущем перейдут эти владения, должен принести папе ленную клят- ву. Приобретение этих обширных владений означало существенное расширение вла- сти императора и Вельфов, которые теперь наряду с прежним родовым владением Эсте добились создания в Италии новой территориальной базы. Еще при Иннокен- тии II события императорской коронации были запечатлены одной из трех сохра- нившихся в Латеране живописных сцен, которая наглядно отражала лишь более вы- сокий статус папы. Однако благодаря сопровождающей картину надписи «Rex venit ante fores iurans prius urbis honores, / post homo fit papae, sumit quo dante coronam» («Король приходит, присягая сначала перед входом чести города, / по- сле чего становится человеком папы, от которого принимает корону») должно бы- ло возникать впечатление, будто бы Лотарь во время своей коронации стал вас- салом папы. Между тем его дальнейший образ действий показывает, что он ни в коем случае не был готов признать притязания курии на верховную власть. Его невозможно было сподвигнуть на военные действия против Рожера. Вскоре после коронации Лотарь вернулся в Германию. Хотя в сентябре 1133 года на рейхстаге в Вюрцбурге он и признал избрание нового епископа Регенсбурга, получившего свое место без королевской инвеституры регалиями, король ясно дал понять, что решительным образом не одобряет эту процедуру.
Глава 2 7. Северные и восточные области империи при Лотаре Еще будучи герцогом Лотарь обратил особое внимание на обстановку, сложив- шуюся на северо-восточной границе Саксонии. В результате военных походов про- тив славян, которые в 1114 году привели его в земли ругианов, и при активном участии графов Шауэнбургов он добился укрепления приграничной области. Тем самым были созданы предпосылки начавшейся в то время немецкой колонизации правобережья Эльбы и возобновления церковной миссии. Новой областью для этой миссионерской деятельности немецкой церкви стала в последние годы жизни Генриха V Померания. Польский князь Болеслав III (Криво- устый) продолжал против Померании прежнюю завоевательную политику Пястов и подчинил в 1121-1122 годах герцога Братислава Штеттинского. Так как для хри- стианизации завоеванной области он не нашел подходящей личности среди поль- ского духовенства, то в 1123 году он обратился к епископу Оттону Бамбергскому с просьбой начать миссию в Померании. Оттон откликнулся на этот призыв. В следующем году он отправился через Прагу и Гнезен (Гнезно) в Померанию и за- нялся в Пирице, Каммине (Камне), Воллине (Волыни), Штеттине (Щецине) и других местностях проповеднической деятельностью и обращением населения в христиан- ство. Через год той же дорогой он вернулся назад. Но из-за конфликтов между померанскими и польским кнзьями первые плоды его работы вскоре вновь оказа- лись под угрозой. Поэтому в 1128-1129 году Оттон вторично отправился в Поме- ранию, однако, на этот раз во взаимодействии с королем Лотарем, архиепископом Норбертом Магдебургским и Альбрехтом Медведем. Норберт воспользовался этой миссией, чтобы вновь придать силу давним притязаниям своей епархии на Помера- нию. Из-за вопроса, должна ли Померания в церковном отношении подчиниться Ма- гдебургу или Гнезену, еще более задерживалось окончательное формирование цер- ковной организациий в Померании. Только после смерти Оттона (1139 год), кото- рого позже стали почитать как «апостола Померании», в 1140 году было основано епископство Воллин. Оно не подчинялось ни одному архиепископству, а как епи- скопство, освобожденное от вышестоящего епархиального надзора, находилось в непосредственной зависимости от курии. Приблизительно в это же время была возобновлена миссионерская деятельность в Гамбургско-Бременском архиепископстве. По инициативе архиепископа Адальберо бременский каноник и схоласт Виселин начал в 1126 году в Вагрии проповедниче- скую деятельность, причем надежной опорой для него был христианский славян- ский князь Генрих в Старом Любеке. После случившейся вскоре смерти князя (1127 год) эта миссионерская попытка быстро завершилась. Однако Виселин нашел для себя поле деятельности в приходе Фальдера в Саксонии, возле самой славян- ской границы. Под его руководством в последующие годы здесь возник наиболее значительный монастырь каноников-августинцев Ноймюнстер. Сам Лотарь вмешался в эти пограничные вопросы, передав Вагрию в лен датскому принцу Кнуту Лавар- ду, который в качестве наместника датского короля Нильса пребывал в Шлезвиге. Однако правление Кнута длилось недолго. Уже в январе 1131 года он был убит своим двоюродным братом Магнусом, сыном короля Нильса. Смерть вассала побуди- ла Лотаря к немедленному выступлению против Дании. Уже летом того же года он направился в Ютландию. Однако до столкновения дело не дошло, так как Нильс и Магнус подчинились, принесли германскому королю присягу на верность и пообе- щали искупить убийство Кнута. Так как во время похода Лотаря в Италию в Дании были убиты немецкие купцы, у императора после его возвращения снова появился повод заняться проблемами в Дании. Однако оба датских властителя предвосхити- ли военное вмешательство. На рейхстаге в Хальберштадте (Пасха 1134 года) Маг- нус с соблюдением всех правил принес ленную клятву Лотарю и получил из его
рук корону. Но на этом борьба за датский трон не закончилась. Вскоре Нильс и Магнус пали в боях с Эриком Эмуне, братом Кнута. Теперь королем Дании был признан Эрик Эмуне. На хофтаге в Магдебурге в 1135 году он через своих по- сланников снова признал сюзеренитет германского короля, сохраненный и при его преемнике Эрике Ламе. Между тем миссионерская деятельность в Вагрии не приносила ощутимых резуль- татов. Поэтому решающее значение приобрел тот факт, что весной 1134 года Ви- селину удалось побудить императора снова посетить страну. Лотарь распорядился тогда построить замок на известняковых скалах около Зегеберга к востоку от Траве и под его защитой основать монастырь, который король передал Виселину. В 1134 году он принял еще одно решение, важное для истории немецких восточ- ных областей. Альбрехту Медведю, отличившемуся верной службой королю во время первого итальянского похода, была передана в лен Северная марка, вакантная после смерти маркграфа Конрада фон Плёцкау. Так эта марка окончательно пере- шла во владение Асканиев. Через два года Альбрехт подавил восстание славян и смог распространить свою власть на Пригниц. Ранее он установил контакт с хри- стианским князем гевеллеров (геволян) Прибиславом Бранденбургским, который обладал титулом «rex». Марка Лаузиц перешла в 1136 году к Конраду фон Ветти- ну, который с этих пор объединил под своей властью марки Мейсен и Лаузиц. Це- лью Лотаря было также оживить (возродить) торговые отношения между странами Балтийского региона и империей. Поэтому купцам на острове Готланд он пообе- щал, вероятно, на хофтаге в Хальберштадте в 1134 году, широкое покровительст- во в рамках своей власти. Получили ли тогда и немецкие купцы на острове по- добную привилегию, остается неясным. В целом в годы, последовавшие за первым римским походом, могущество импера- тора Лотаря достигло своего пика. Распри, которые осложняли начало его прав- ления, получили мирное завершение. Штауфены вынуждены были подчиниться. Гер- цог Фридрих на хофтаге в Фульде в 1134 году признал императора и в следующем году получил полное прощение. Его брат Конрад в 1135 году также отказался от титула короля. Укрепление позиции короля внутри страны дало Лотарю возмож- ность вмешаться в качестве арбитра в борьбу за венгерский трон, победителем из которой вышел с его помощью Бела II. К тому же польский князь Болеслав III явился в августе 1135 года на хофтаг в Мерзебурге, чтобы заплатить просрочен- ную дань за 12 лет и получить в лен от императора область Померании к востоку от Одера. Передняя Померания принадлежала тогда, вероятно, Альбрехту Медведю, чья власть теперь уже доходила до Пене. На хофтаге в Мерзебурге в 1135 году ясно проявился общепризнанный авторитет Лотаря. Наряду с другими посольскими миссиями на нем присутствовали также по- сланники греческого императора Иоанна Комнина и венецианского дожа. Они обра- тились к Лотарю с просьбой выступить против Рожера II Сицилийского, чья за- воевательная политика угрожала не только Византийской империи, но и ощутимо препятствовала развитию венецианской торговли. Они пообещали финансовую под- держку проведению такого похода. Для дальнейших переговоров в Византию отпра- вилась ответная миссия под руководством епископа Ансельма Хафельбергского. Казалось, что, как во времена Генриха IV и Алексея I, начинается объединение обеих держав против государства завоевателей-норманнов. Глава 2 8. Второй итальянский поход и смерть Лотаря Вскоре после ухода императора для Иннокентия II в Италии сложилась очень неблагоприятная ситуация. Еще летом 1133 года Рожер II появился на материке, сумел одержать верх над своими противниками в Апулии и подчинить всю Южную
Италию, за исключением Капуи и Неаполя. Иннокентий вынужден был покинуть Рим и искать убежища в Пизе. В результате нового наступления Рожер завоевал и Ка- пую. Роберт Капуанский отправился в Германию, чтобы просить Лотаря о вмеша- тельстве . Поскольку Бернар Клервоский также направил Лотарю настоятельное требование лишить сицилийского узурпатора короны, то на лето 1136 года был запланирован новый римский поход. На этот раз император собрал значительные силы. Только его зять Генрих Гордый выставил отряд в 1500 рыцарей. Конрад фон Штауфен также сопровождал императора. Первостепенной задачей стало замирение Северной Италии. На рейхстаге в Ронкалье в начале ноября 1136 года император издал ленный закон, который запрещал вальвассорам передавать либо дарить их лен. Города Северной Италии открыли императору свои ворота, только Кремона оказала сопротивление и была подвергнута имперской опале. В начале 1137 года можно было отправляться дальше на юг. Пока сам император с одной частью вой- ска продвигался вдоль берега Адриатического моря к Бари, остальные силы под предводительством Генриха Гордого наступали через Тусцию на юг. Они завоевали имевший важное значение Беневент и затем объединились с войском императора перед Бари. Взятие этого порта стало наглядным успехом. После этого Рожер предложил провести мирные переговоры, но его предложение было отвергнуто из- за несогласия папы. Военные действия продолжались. Однако в условиях сильной летней жары в не- мецком войске возникла оппозиция дальнейшему развитию войны. К тому же между императором и папой возникли разногласия по поводу нового устройства завое- ванных областей. В то время как Роберту Капуанскому вновь вернули княжество, Райнульфу Алифскому должны были передать в лен Апулию. При этом и папа, и им- ператор претендовали на право им наделить. В конце концов решили, что оба возьмут знаменное копье как символ ленной инвеституры и вместе передадут его новому герцогу (август 1137 года). Лотарь, который на обратном пути передал своему зятю маркграфство Тусцию (Тоскану), вскоре тяжело заболел. Ему, вероятно, удалось перейти Альпы, но 4 декабря 1137 года он скончался в деревне Брейтенванг под Ройтте в Тироле. Пе- ред смертью он передал Генриху Гордому имперские инсигнии. Вельф также полу- чил тогда герцогство Саксонию, но остается под вопросом, было ли оно ему пе- редано с соблюдением всех формальностей. Император был похоронен в основанном им монастыре Кёнигслуттер. В Италии воцарение Райнульфа не принесло длительного успеха. Рожер активно сопротивлялся своим врагам и после ухода немецкого войска смог отвоевать большую часть своего королевства. Поэтому Иннокентий II вынужден был согла- ситься признать норманнского короля арбитром в своем споре с Анаклетом. Но прежде чем это произошло, 25 января 1138 года Анаклет II умер. Так закончи- лась схизма. Иннокентий на Латеранском соборе в 1139 году отлучил Рожера II от церкви и отправился против него в поход. Однако у Гарильяно он попал к противнику в плен и вынужден был в Миньянском договоре в июле 1139 года тор- жественно признать соглашение между Анаклетом и Рожером, а заново пожаловав Рожеру лен, он признавал законным образование норманнско-сицилийской монар- хии. Лотарь вступил на трон как противник салической партии. Однако, будучи ко- ролем, он придерживался наметившейся ранее политической линии германских ко- ролей и отнюдь не являлся, как иногда полагали, несамостоятельным, зависимым от церкви политиком. Его неоднократные требования вернуть право инвеституры демонстрируют его стремление придать прежнюю значимость королевским правам в отношении церкви королевские права. Но его самое большое достижение — это, без сомнения, его восточная политика. Замирив военной силой приграничные об- ласти, он создал политические предпосылки для начавшейся тогда немецкой коло- низации восточных земель. Одновременно он привлек сюда княжеские фамилии, ко-
торые отныне должны были стать субъектами этой колонизационной деятельности в каждой из приграничных территорий. Глава 29. Конрад III и Вельфы После смерти Лотаря его зять Генрих Гордый, представлявший Вельфов, мох1 с полным правом считать себя будущим королем. В качестве герцога Баварского и Саксонского, маркграфа Тусции и сеньора обширных родовых владений в Швабии, Баварии, Саксонии и Италии он являлся самым могущественным князем империи. Однако поскольку во время последнего итальянского похода он вновь выступил в противовес курии как поборник имперских прав, Иннокентий II был противником его избрания. В Германии у него также имелись решительно настроенные против- ники. Поскольку майнцский архиепископский престол после смерти Адальберта был все еще вакантным и новый архиепископ Арнольд I Кёльнский пока не был посвя- щен в сан, руководство выборами находилось в руках Альберона Трирского. Не дожидаясь первоначально назначенной князьями на Троицу даты избрания, он со- звал своих сторонников в Кобленце и предложил 7 марта 1138 года избрать здесь германским королем Конрада фон Штауфена. Через несколько дней Конрад был ко- ронован в Ахене папским легатом. Избрание Конрада были осуществлено явным меньшинством. Оно ни в коей мере не означало возвращение к наследственному праву, напротив, являлось «свободным избранием». Несмотря на это, Конрад вскоре получил повсеместное признание. Даже Генрих Гордый передал ему импер- ские инсигнии и тем самым отказался от своих притязаний на корону. Однако он отказался принести ему клятву верности, так как король не признавал его при- тязаний на Саксонию, требуя передачи себе, по меньшей мере, одного из гер- цогств. Поэтому на рейхстаге в Вюрцбурге в июле 1138 года Генрих был подверг- нут имперской опале, а оба герцогства были у него отобраны: Саксония перешла к Альбрехту Медведю, Бавария в начале следующего года была передана маркграфу Леопольду IV Австрийскому из дома Бабенбергов — сводному братом короля, чья мать Агнесса, вдова герцога Фридриха I Швабского, была замужем за маркграфом Леопольдом III Австрийским. В будущем Бабенберги стали важнейшей опорой Штау- фенов. Эти действия Конрада ознаменовали начало открытой борьбы между Штауфенами и Вельфами. Сначала Генрих Гордый вел ее успешно. Альбрехт Медведь вынужден был покинуть Саксонию. Раздоры в герцогстве Саксония оказывали воздействие на от- ношения в Нордальбингии. Поскольку Адольф II Гольштинский, около ИЗО года сменивший на троне своего отца, был на стороне Вельфов, то Альбрехт Медведь сместил его и передал приграничное графство Гольштейн-Штормарн в лен Генриху фон Бадвиде (из рода Люнебургов). Однако он не смог долго противостоять графу Адольфу. Внезапная смерть Генриха Гордого (20 октября 1139 года) не ослабила напряженности. Его десятилетний сын Генрих (Лев) получил признание в качестве герцога по всей Саксонии. Его бабка Рихенца, вдова императора Лотаря, возгла- вила здесь дело Вельфов. Вельф VI, брат Генриха Гордого, стал вдохновителем восстания в Южной Герма- нии. В августе 1140 года ему удалось одержать победу над Леопольдом IV под Фаллаем на р. Мангфалль. Теперь Конрад III сам отправился завоевывать шваб- ские владения Вельфов. С ноября 1140 года он осаждал замок Вейнсберг недалеко от Хейльбронна. Вельф поспешил его деблокировать, но был разгромлен. После этого вельфский гарнизон крепости вынужден были капитулировать. Вполне досто- верным является рассказ о том, что женщины замка воспользовались разрешением Конрада взять с собой столько имущества, сколько они смогут унести, чтобы вы- нести из крепости своих мужей и спасти их тем самым от смерти или плена.
Осада Вайнсберга. Несмотря на этот успех короля, борьба продолжалась. После смерти Рихенцы в 1141 году Вельф IV один продолжал сопротивление. Перемирие наметилось только в следующем году. Альбрехт Медведь сложил с себя титул герцога Саксонского и на съезде князей во Франкфурте в мае 1142 года окончательно отказался от гер- цогства, но за это получил свои прежние владения, прежде всего Северную мар- ку. Остается невыясненным, назначил ли Прибислав Бранденбургский его наслед- ником уже тогда или позже. Генрих Лев был признан в качестве герцога Саксон- ского, однако вынужден был отказаться от Баварии. Перемирие между Вельфами и Бабенбергами должно было быть достигнуто браком овдовевшей герцогини Гертру- ды, дочери императора Лотаря, с Генрихом II Язомирготтом, который в качестве маркграфа Австрийского в 1141 году сменил своего брата Леопольда IV. Теперь он получил в лен герцогство Баварию. Однако надежды, которые связывались с этим браком, не оправдались, так как уже в 1143 году Гертруда умерла при ро- дах. Кроме того, Вельф IV не признал отказа своего племянника от Баварии и продолжил борьбу против Бабенбергов в Южной Германии. При этом он добился не только финансовой помощи Рожера II Сицилийского, но и эпизодической поддержки своего штауфеновского племянника Фридриха, который после смерти своего отца Фридриха II унаследовал герцогство Швабию (1147 год). Действия Конрада на восточной границе империи, в Богемии, Польше и Венгрии, имели переменный успех. В Богемии после смерти герцога Собеслава (1140 год) с помощью Конрада верх удалось одержать его племяннику Владиславу, которого он назначил своим преемником. В 1142 году король дошел до Праги. В Польше после смерти Болеслава III (1139 год) между его сыновями начались династические раздоры, в которых победил Болеслав IV. Его старший брат Владислав II, жена- тый на сводной сестре Конрада III, вынужден был покинуть страну. Попытка ко- роля вернуть в страну своего зятя (1146 год) окончилась неудачей. Отношения с Венгрией и ее новым королем Гезой II (1141-1162) сначала были хорошими. Стар- ший сын короля Конрада Генрих еще маленьким мальчиком был помолвлен в 1139 году с сестрой Гезы Софией. Когда Конрад поддержал другого претендента на венгерский трон, который получил также помощь византийцев, отношения между Гезой и Конрадом охладели. Поэтому Геза выступил против империи и в сентябре 1146 года на реке Лейта нанес тяжелое поражение Генриху Язомирготту. Более успешными были попытки Конрада укрепить свои позиции на западе и юге
империи. После смерти герцога Вальрама (1139 год) он передал Готтфриду Льву, родственику королевы, герцогство Нижняя Лотарингия. Пфальцграфство Рейнское получил его зять Герман фон Шталек (1142 год) . Но в первую очередь Конрад принял существенное участие в расширении династической власти Штауфенов на юге империи. Благодаря браку с Гертрудой фон Зульцбах он укрепил позиции Штауфенов во Франконии. Унаследовав Эгер после пресечения династии Дипольдин- гов (1146 год), он смог увеличить имперское и родовое достояние на севере Ба- варии. Так же, как в своей территориальной политике он старался продолжать салическую традицию, так и, создавая свою канцелярию, он исходил из ее орга- низации еще при Генрихе V. Важнейшим советником по всем политическим вопросам для него стал аббат Вибальд фон Ставло, который временно служил нотариусом в канцелярии, а в 1146 году получил важное имперское аббатство Кореей. Глава 30. Второй крестовый поход и западная политика союзов в середине XII века Внешнеполитическое положение империи после смерти императора Лотаря сначала не изменялось. Определяющим для политики Конрада было противоборство с нор- маннами, тем более что Рожер II и после заключения Миньянского договора про- должал свою экспансионистскую политику, направленную против курии. Общая вра- жда к норманнам привела к дальнейшему сближению Византии и Германского коро- левства. С 1139 года между обеими державами установились оживленные диплома- тические связи. Была достигнута договоренность о браке Мануила, сына импера- тора Иоанна, и Берты фон Зульцбах, невестки Конрада. Через три года после своего восхождения на трон (1143-1180) Мануил заключил брак с Бертой, которая в Византии приняла имя Ирены (Ирины). Однако во время дипломатических перего- воров обсуждались не только вопросы власти, но и проблемы титулатуры. Хотя папа так никогда и не короновал короля Конрада III императорской короной, тот претендовал на титул императора римлян, чтобы продемонстрировать свое равно- правие с василевсом. Тем временем положение папства в Риме становилось все более тяжелым. К нор- маннской угрозе прибавился новый противник в самом Риме. Как и в городах Се- верной Италии, большую роль здесь приобрело коммунальное движение. Летом 1143 года жители города собрались на Капитолийском холме и назначили в качестве своего органа управления «священный Сенат города». Этому движению за римское городское самоуправление удалось закрепиться после смерти Иннокентия II (24 сентября 1143 года), во время короткого понтификата двух его преемников Целе- стина II и Луция II. Евгений III, ученик Бернара Клервоского, избранный папой в 1145 году, также не смог ему противостоять и поэтому был вынужден перенести свою резиденцию в Витербо. Он мог надеяться на существенную поддержку только со стороны германского короля. Если Бернар еще в 1145 году призывал того ока- зать папе помощь, то в следующем году Евгений уже сам через послов пытался склонить короля к походу в Рим. Известие о падении Эдессы полностью изменило эту неустойчивую ситуацию в Западной Европе. Завоевание в декабре 1144 года Зенги, правителем Мосула и Алеппо, этого северо-восточного бастиона четырех крестоносных государств, по- ставило их в опасное положение. Не в состоянии сами противостоять этой угро- зе, они искали помощи в Западной Европе. Поэтому Евгений III обратился к французскому королю Людовику VII и ко всем французам с призывом организовать новый крестовый поход. На Рождество 1145 года король объявил о своем решении лично отправиться в Святую землю. Бернар Клервоский, уполномоченный папой вы- ступить с проповедью о походе, благодаря своему красноречию разжег мощное крестоносное движение далеко за пределами Франции. В прирейнских городах Гер-
мании проповедники крестоносной миссии вовлекли массы народа в жестокое пре- следование евреев. Бернар сам отправился в Германию, чтобы положить этому ко- нец, но, в первую очередь, для того, чтобы увлечь короля Конрада III идеей крестового похода. Сначала тот относился к ней отрицательно, учитывая тяжелое положение внутри империи, но 27 декабря 1146 года в Шпейере, под впечатлением яркой проповеди аббата Клервоского, король решился принять крест. Многие не- мецкие князья, включая герцога Фридриха Швабского, Генриха Язомирготта и Вельфа IV, последовали его примеру. Перед выступлением в крестовый поход необходимо было уладить внутренние конфликты. На рейхстаге во Франкфурте в марте 1147 года был провозглашен все- общий имперский мир и ради обеспечения преемственности при любых условиях из- бран королем десятилетний сын Конрада Генрих. Во время отсутствия Конрада управлять делами в империи должен был архиепископ Генрих Майнцский. Здесь же Генрих Лев потребовал вернуть ему герцогство Баварию, которого незаконно был лишен его отец. Однако он выразил готовность подождать до окончания крестово- го похода. Саксонские князья, напротив добились другой, важной для них уступ- ки: поход против славян-язычников должен был рассматриваться как выполнение их крестоносного обета. Почти вся Западная Европа объединилась под знаменем крестового похода. Даже Рожер II был готов на некоторое время принять в нем участие в том случае, ес- ли Людовик VII отправится из Франции через Сицилию. Тем самым кампания должна была приобрести антивизантийскую направленность и служить, как и Первый кре- стовый поход, проведению норманнской завоевательной политики в Средиземномо- рье . Однако Людовик отклонил это требование и выбрал путь через Венгрию. Тем временем, в мае 1147 года, немецкие крестоносцы отправились из Регенсбурга через Венгрию и Болгарию. В сентябре они прибыли к Константинополю, чтобы вскоре переправиться в Малую Азию. Не послушав совета Мануила, главное войско под предводительством короля Конрада выбрало путь через внутренние области полуострова, лишь небольшой отряд во главе с епископом Оттоном Фрейзингенским шел вдоль побережья. Нехватка продуктов и постоянные столкновения с турками вскоре вынудили Конрада повернуть назад. После тяжелейших потерь остатки его войска объединились со следовавшими за ними французскими крестоносцами, кото- рые между тем достигли Никеи. Отряд Оттона Фрейзингенского был почти уничто- жен турками под Лаодикеей. Конрад III, который был ранен в бою, провел зиму в Византии. Французское войско крестоносцев также понесло в боях с турками тя- желые потери, но сам Людовик и остальные рыцари смогли добраться по морю до Антиохии. Следующей весной Конрад III отправился морем в Иерусалим, где он встретился с Людовиком VII. После того как попытка атаковать Дамаск оказалась безуспешной, Конрад в сентябре 1148 года покинул Святую землю и, проведя зиму в Византии, весной 1149 года вернулся в Германию. Людовик VII до Пасхи 1149 года оставался в Иерусалиме, а затем пустился в обратный путь через Сицилию. Поражение обоих королей означало провал второго крестового похода. После его неудачного завершения прежние конфликты на Западе, которые перед этим с таким трудом удалось урегулировать, вновь обострились. Рожер II воспользовал- ся крестовым походом, чтобы, в свою очередь, выступить против Восточной импе- рии. Летом 1147 года он овладел Корфу и предпринимал отсюда грабительские по- ходы в Грецию. Поскольку император Мануил одновременно был втянут в военные действия на северной границе своей империи, он не мог оказать действенного сопротивления норманнам. Поэтому император вынужден был искать союзников в борьбе против Рожера. Во время пребывания Конрада III при дворе Мануила зимой 1148/49 года в Византии или, возможно, осенью 1148 года в Салониках был за- ключен договор о совместной военной кампании обеих держав против Рожера. Ма- нуил выразил желание оказать военную и финансовую помощь действиям Конрада в Италии. Взамен Конрад обязывался передать византийскому императору части нор-
маннского государства после его завоевания. Морские города Венеция и Пиза должны были также войти в эту коалицию. В это же время Генрих Язомирхютт из дома Бабенберхюв женился на племяннице Мануила Феодоре. Рожер II, давно осознавший грозящую его империи опасность, пытался, в свою очередь, организовать контркоалицию. Вельф VI, которого он и раньше поддержи- вал в борьбе против Штауфенов, встретился с ним летом 1148 года на обратном пути из Палестины и пообещал возобновить борьбу против Штауфенов и Бабенбер- гов. В следующем году Людовик VII, который в 1149 году высадился в Калабрии, тоже вступил в этот союз. Даже папа временами задумывался о том, чтобы к нему присоединиться. Геза II Венгерский также стал союзником Рожера II. Казалось, что результатом второго крестового похода станет новая война в Европе, и только отказ папы вступить в коалицию против Мануила и Конрада помешал ей разразиться. Глава 31. Начало правления Генриха Льва и крестовый поход против славян в 1147 году Съезд князей во Франкфурте в 1142 году привел к заключению мирного соглаше- ния между Генрихом Львом и Альбрехтом Медведем. Это давало молодому герцогу возможность положить конец вражде Адольфа Гольштинского и Генриха фон Бадвиде в Нордальбингии. Уже в 1143 году он восстановил Адольфа в его правах. Генрих фон Бадвиде получил в качестве компенсации вновь созданное графство Ратце- бург. Граф Адольф начал теперь с заселения Вагрии и позвал в страну не только соседей хользатов и штромарцев, но и вестфальцев, голландцев, фризов. В 1143 или 1144 году он построил к югу от старых разрушенных славянских селений не- мецкое торговое поселение Любек, которое благодаря своему расположению в мес- те впадения реки Вакениц в реку Траве приобрело вскоре значение ярмарочного пункта. В 1147 году эти первые успехи были почти полностью уничтожены в результате крестового похода против вендов. Князь ободритов Никлот, упредив атаку, напал на Любек и полностью разрушил поселение. При приближении войска крестоносцев ободриты вернулись в свои крепости. Крестоносцы разделились на два войска. Одно из них, небольшое, под предводительством Генриха Льва, Конрада фон Це- рингена и бременского архиепископа Адальберона, вторглось в землю ободритов и, поддерживаемое датчанами, осадило укрепление Добин на Шверинском озере. Однако Никлот все-таки смог там удержаться. После того как венды якобы согла- сились на крещение, осада крепости прекратилась. Главное войско, которое под предводительством Альбрехта Медведя и Конрада фон Мейсена наступало со средней Эльбы через страну лютичей на Деммин и час- тично на Штеттин, также не достигло большого успеха. Безрезультатную осаду Деммина вынуждены были прервать. С князем Ратибором Щецинским было достигнуто соглашение о христианизации его страны. Затем и это войско было распущено. Разочарование в таком исходе предприятия, звучащее в ряде источников, не могло затушевать того, что, согласно мировоззрению эпохи, с крещением язычни- ков цель считалась достигнутой. Епископ Ансельм Хафельбергский, который в ка- честве папского легата сопровождал главное войско, мог теперь начать в епи- скопстве свою деятельность. Уже в конце тридцатых годов Вигер, пробст премон- странтского монастыря в Магдебурге, основав монастырь Лейцкау, сделал первый шаг к возобновлению церковных дел в епископстве Бранденбург. Во время кресто- вого похода против вендов в Пригнице возникали небольшие немецкие земельные владения, которые создали важную предпосылку для заселения немцами этой тер- ритории . Дальнейшее развитие церковной организации в Нордальбингии привело к острому
столкновению между Генрихом Львом и Хартвихюм фон Штаде, новым архиепископом Бременским. Их противостояние имело длительную историю. В 1144 году Хартвиг, тогда настоятель собора в Бремене, после смерти своего брата Рудольфа фон Штаде передал в дар Бременскои церкви свое родовое наследство. Но за это он получил в пожизненное ленное владение от Бременскои церкви графство Штаде. Генрих, в свою очередь претендовавший на наследство Штаденов, взял под стражу архиепископа Адальберона и вынудил его вернуть владения Штаденов. Теперь, ко- гда Хартвиг, будучи архиепископом Бремена, начал заново создавать прекратив- шие существование в 1066 году епископства Ольденбурх1, Ратцебурх1 и Мекленбурх1, епископом Ольденбурга он сначала назначил Виселина, а в Мекленбурх1 призвал епископом монаха Эммехарда. Против этого опять выступил Генрих и как маркграф потребовал предоставить ему право назначения епископов в эти области. Так как Виселин отказался принять инвеституру из его рук, Генрих через графа Адольфа Гольштинского запретил ему сбор десятины и тем самым почти свел на нет ре- зультаты трудов миссионера в Вагрии. Лишь зимой 1150/51 года Виселин проявил послушание, позволил себе принять инвеституру от герцога и, вступив таким об- разом во владение епископством, смог вплоть до самой смерти (1154 год) разви- вать все более активную деятельность. Когда в 1150 году, не оставив детей, умер Прибислав Бранденбургский, Альб- рехт Медведь с помощью вдовы князя и на основании заключенного им с Прибисла- вом соглашения завладел его землей. Родственник Прибислава Якса из Кёпеника попытался оспорить у Альбрехта наследство. Однако марка Бранденбург, как она в дальнейшем именовалась, с 1157 года прочно закрепилась в руках Асканиев. С этого момента немецкая колонизация могла успешно развиваться и на землях, подвластных Альбрехту Медведю. Глава 32. Конец правления Конрада III В Германии в отсутствие короля продолжались внутренние распри. Вельф VI еще в 1148 году возобновил в Южной Германии борьбу против Штауфенов. Таким обра- зом, Конрад после своего возвращения не мог думать о проведении согласованно- го с Мануилом похода против Рожера. Сначала он должен был выступить против Вельфа, и благодаря победоносному сражению при Флохберге к западу от Нёрдлин- гена ему удалось принудить того к перемирию (1150 год) . Зато теперь Генрих Лев, который был женат на Клементине, дочери Конрада фон Церингена, возобно- вил свои притязания на Баварию и в начале 1151 года сам прибыл в Швабию. В нескольких рейхстагах, на которых должен был обсуждаться этот вопрос, участия он не принимал. Тогда Конрад следующей зимой решился перейти в наступление против господства Вельфов. Он попытался захватить Брауншвейг, но вынужден был прервать осаду, так как для деблокирования осажденного города из Южной Герма- нии внезапно вернулся Генрих. В Риме положение Евгения III еще более осложнилось. Оппозиция римских горо- жан папскому господству получила в 1145 году новый импульс благодаря Арнольду Брешианскому. Арнольд в юные годы был учеником Абеляра и в своем родном горо- де Брешиа в качестве руководителя монастыря каноников-августинцев оказался в жесткой оппозиции к господствующей епископской партии, так как высказывался против обмирщения клира и требовал возвращения церкви к простоте и бедности. Он вынужден был покинуть Италию. На церковном соборе в Сенсе (1140 год) он вместе со своим учителем Абеляром был отлучен от церкви за ересь и после не- спокойной страннической жизни, раскаявшись, нашел прибежище в Риме. Но и здесь он вскоре вновь начал свою проповедническую деятельность и выступил против светского господства папы. Так он стал естественным союзником римского
городского движения, чьей борьбе против папских властителей города он дал идейное обоснование. Поскольку борющиеся с папой чувствовали себя недостаточ- но уверенно, то в Риме они попытались наладить контакт с германским королем и осенью 1149 года торжественно предложили ему сделать Рим своей резиденцией и принять из рук римского народа императорскую корону. Хотя Конрад после неуда- чи крестового похода и не находился под влиянием партии куриалов, он не смог отважиться на шах1, который означал бы окончательный разрыв с папой, и откло- нил предложение римлян. Таким образом, в Риме наступило временное перемирие между папой и его противниками. Евгений III смог в конце 1149 года на корот- кое время вернуться в Рим, но вскоре вынужден был вновь покинуть город. Он со своей стороны обратился к Конраду с настоятельным призывом прийти ему на по- мощь , посулив ему за это коронацию императорской короной. Поход в Рим был на- значен на сентябрь 1152 года. Но 15 февраля 1152 года, прежде чем до этого дошло дело, король скончался в Бамберге. Его старший сын, молодой король Ген- рих , умер еще двумя годами раньше. Поскольку его второму сыну Фридриху было всего шесть лет, король на смертном одре назначил наследником своего племян- ника герцога Фридриха Швабского. Конрад, как король, не справился с проблемами внутри страны. В решающих за- падноевропейских делах германская королевская власть также утратила свое ве- дущее положение. Именно поэтому его правление оценивалось по большей части негативно. Лишь в исследованиях последнего времени признается, что попытки Конрада III расширить власть Штауфенов в империи создали важные предпосылки для политики его последователя. Через год после короля, 8 июля 1153 года, умер Евгений III. Спустя несколь- ко недель скончался Бернар Клервоский. В 1154 году умер Рожер II. Эпоха Бер- нара Клервоского ушла в прошлое. Глава 33. Начало правления Фридриха I 4 марта 1152 года, уже через несколько недель после смерти Конрада III, его племянник Фридрих был избран князьями во Франкфурте королем. 9 марта он был коронован в Ахене. Попытка майнцского архиепископа Генриха передать корону внебрачному сыну Конрада потерпела неудачу. Если возвышение обоих предшест- венников Фридриха было делом церкви, то его возведение на трон — результатом выбора князей. Он подходил, прежде всего, потому, что его мать Юдит была в тесных родственных связях с Вельфами. Так что тридцатилетний король, по сло- вам Оттона Фрейзингенского, был избран как «родственник обоих семейств, спо- собный, подобно угловому камню, закрыть зияющую щель между двумя стенами». Еще в Ахене были заложены основные принципы новой политики. Как указывается в обращении к папе по случаю королевского избрания, должны сохраняться приви- легии церкви, а величие Римской империи необходимо восстановить в его прежней мощи. При этом Фридрих лишь сообщал о своем избрании и не просил папского подтверждения. Когда Евгений III по своей инициативе одобрил избрание, этот шаг не приобрел законной силы. Также не получило одобрения папы желание ду- ховных князей как можно скорее отправиться в римский поход. Восстановление внутреннего мира и примирение с Вельфами должны были стать первостепенными задачами нового властителя. Он передал Швабское герцогство своему двоюродному брату Фридриху Ротенбургскому, но сохранил над ним опекун- ское управление. К первому периоду царствования Фридриха относится, очевидно, и пространный закон о земском мире, который усиливал наказания для нарушите- лей прежних мироустановлений. На первом рейхстаге, который король провел в Мерзебурге на Троицу 1152 года, был разрешен спор о датском троне, поделенном после смерти в 1146 году короля Эрика Лама между его двоюродными братьями
Свеном, Кнутом и Вальдемаром, сыном убитого Кнута Лаварда. Фридрих признал королем Свена, за которого выступал еще Конрад. Свен торжественно принял свою державу в ленное владение от германского короля. Два других претендента на датский трон получили в качестве компенсации отдельные области Дании. В самой Саксонии начались новые распри между Генрихом Львом и Альбрехтом Медведем вокруг наследства графов Бернхарда фон Плёцкау (на реке Зале) и Гер- мана фон Винценбурга (восточнее среднего течения реки Лейне). В Мерзебурге перемирия добиться не удалось. Лишь в октябре 1152 года на рейхстаге в Вюрц- бурге король урегулировал спор: Генрих получил Винценбург, Альбрехт — Плёц- кау. Вероятно, еще раньше Фридрих передал Генриху Льву в ленное владение им- перское фогтство Гослар. В Вюрцбурге должен был также решиться вопрос о Ба- варском герцогстве. Однако Генрих Язомирготт не последовал приглашению на рейхстаг, и поэтому необходимо было назначить новую дату. Ранее королю уда- лось достичь перемирия с Вельфом IV, которому он передал маркграфство Тусцию, герцогство Сполето, Сардинию, Корсику и бывшие владения Матильды. На Вюрцбургском рейхстаге было окончательно решено отправиться осенью 1154 года в римский поход. Поэтому зимой 1152/53 года король начал переговоры с римской курией. Они привели к заключению договора в Констанце (23 марта 1153 года), который, будучи двусторонним по форме, позволяет прояснить новую пози- цию Фридриха в отношении курии. Обязательствам короля противопоставляются со- ответствующие обязательства папы. Фридрих обязался: 1) не заключать мир с римлянами или норманнами без согласия папы, а также подчинить римлян и восстановить то положение римской церкви, в каком она находилась в предыдущие столетия; 2) защищать от любых нападок честь папы («honor papatus») и регалии римского престола; 3) не предоставлять «королю Греции» никаких территориальных уступок на итальянской земле. Папа в свою очередь обещал: 1) короновать Фридриха императорской короной, как только тот прибудет в Ита- лию; 2) принимать церковные меры против всех, кто оскорбляет «честь империи» («honor imperii»); 3) не делать «королю Греции» никаких территориальных уступок в Италии. Программой Констанцского договора являлось, таким образом, восстановление империи в ее территориальной незыблемости, хотя понятие «honor imperii» и ос- тавалось очень общим. У короля и папы были одни и те же противники — норманны и городское римское движение. В то же время новые черты приобретает и политика империи по отноше- нию к Византии, хотя резкого поворота сразу не произошло. В 1153 году Мануил отправляет к Фридриху посольство, чтобы предложить ему союз против Рожера. Фридрих соглашается на это и даже намечает план женитьбы на византийской принцессе. В отличие от соглашений Конрада III основы этой германо- византийской политики были отмечены тем, что Фридрих был не готов делать ка- кие-либо уступки грекам в Италии. В Констанце курия пошла навстречу королю еще в одном вопросе. С ее согласия констанцский епископ расторг брак Фридриха с первой супругой Аделой фон Во- бург, которая обвинялась в супружеской измене. Взаимопонимание проявилось также в политике по отношению к немецкой церкви. Архиепископ Генрих Майнц- ский, противник Фридриха, был в том же году отстранен от должности папскими легатами, и на его место был назначен бывший канцлер Арнольд фон Зельнхофен. Согласно желанию короля состоялись также новые назначения в епископствах Мин- ден, Хильдесхейм и Эйхштетт. Лишь замещение епископской кафедры в Магдебурге привело к разногласиям. Здесь в начале 1152 года состоялось двойное избрание.
Обе стороны обратились к Фридриху. Король не поддержал ни одного из кандиди- тов, а предложил кандидатуру епископа Вихмана Цейц-Наумбургского, которому позже и передал регалии. Против этого избрания, противоречащего запрету пере- носа должности на другое епископство, выступил Евгений III. Он отказался вру- чить избраннику паллий. Только после смерти Евгения его преемник Анастасий IV признал избрание Вихмана. Средневековый Констанц. Серьезного успеха Фридрих добился также на юго-западе империи. Чтобы укре- пить здесь имперские позиции, он передал в 1152 году герцогу Бертольду фон Церингену Бургундию и Прованс и заключил с ним договор об осуществлении прав суверена в этих областях. За это Бертольд фон Церинген обязывался оказать ко- ролю помощь в проведении римского похода. Важной предпосылкой для римского похода было урегулирование баварского во- проса. Генрих Язомирготт на рейхстаге, состоявшемся на Троицу 1153 года в Вормсе, заявил, что его вызвали туда незаконно. Он также оспорил законность приглашения на новый хофтаг в Шпейере. Когда он не последовал третьему вызову на рейхстаг в Гослар (июнь 1154 года), князья объявили о лишении его герцог- ства Баварского в пользу Генриха Льва. Хотя Бабенберг пока еще владел герцог- ством, спор, таким образом, был принципиально решен в пользу Вельфов. На рейхстаге в Госларе между Генрихом Львом и Хартвигом Бременским был урегули- рован спорный вопрос об инвеституре. Здесь приговор также был вынесен в поль- зу герцога: право инвеституры епископов Ольденбурга, Ратцебурга и Мекленбурга признавалось за ним, но Фридрих недвусмысленно разъяснил, что речь при этом идет об исполнении герцогом королевского права. Оба решения на долгое время устранили противостояние Штауфенов и Вельфов. Северо-восток империи был все- мерно признан сферой интересов Генриха, который стал здесь также представите- лем императорской власти.
Глава 34. Первый итальянский поход Барбароссы в 1154-1155 гг После того как на рейхстаге в Госларе был обеспечен мир в империи, Фридрих смог в октябре 1154 года вступить в римский поход. В этом походе его сопрово- ждало относительно небольшое рыцарское войско, при котором состоял и Генрих Лев. За последние десятилетия ситуация в Северной Италии полностью измени- лась . С тех пор как курия во имя церковной свободы покровительствовала здесь в ходе борьбы за инвеституру городскому движению, североитальянские города, не в последнюю очередь благодаря крестоносному движению, пережили сильный экономический подъем. Бюргерству удалось получить в свои руки городское управление, вытеснив духовных сеньоров и заменив их выборными консулами («consules»). Отсутствие германских королей, которые за последние десятилетия всего несколько раз ступали на итальянскую землю, благоприятствовало такому развитию событий. Это привело также к тому, что города все больше и больше узурпировали имперские права и владения. Так возникли мощные города- государства, которые часто враждовали друг с другом. Самым значительным из этих городов был Милан, который еще во времена правления Генриха IV являлся оплотом антиимператорской партии. Уже на рейхстаге в Констанце в 1153 году Лоди, Павиа, Кремона и другие города обратились к Фридриху I с жалобой на диктат Милана. Но Фридрих пока не мог заниматься разрешением споров с этим коммунальным движением. Важнейшими целями похода были коронация императора и поддержка папы в борьбе с римлянами и норманнами. Фридрих довольствовался тем, что принял от этих городов на рейхстаге в Ронкалье (декабрь 1154 года) присягу на верность. Он также издал ленный закон, который, прежде всего, за- прещал отчуждение ленных земель. Милан был принужден заключить мир с Павией, но был подвергнут имперской опале, так как не подчинился королевскому суду. Впрочем, император пока не мог привести в исполнение это решение. Только Тор- тона, союзник Милана, была в апреле 1155 года захвачена и разрушена. Поход далее в Тусцию продолжался через Болонью, где император впервые встретился с представителями римской правовой школы, прежде всего со знаменитыми учеными Мартинусом и Булгарусом. Вероятно, уже тогда он предоставил студентам охран- ную привилегию. В Риме после краткого понтификата Анастасия IV на папский престол вступил Адриан IV (Николай Брейкспир), первый и единственный англичанин в сане папы. Вместе со своим канцлером Роландом, который был в Болонье одним из известней- ших в то время учителей церковного права, новый папа являлся истым поборником властных притязаний курии. Объявив интердикт городу Риму, он сумел добиться высылки Арнольда Брешианского, хотя противостояние папы и горожан сохрани- лось. Положение Адриана в Риме было значительно осложнено тем, что норманн- ский король Вильгельм I начал наступление на Папскую область, поскольку Адри- ан отказал ему в королевском титуле. В этой ситуации для папы было важно как можно скорее заключить соглашение с Фридрихом. После того как папа уже в ян- варе 1155 года посредством дипломатической миссии подтвердил Констанцский до- говор, он потребовал выдачи Арнольда Брешианского и обещания короля обеспе- чить безопасность папы и римской церкви. После исполнения этих требований Ад- риан и Фридрих встретились 8 июня возле Сутри, к северу от Рима. Здесь папа потребовал от короля исполнить обязанности маршала и конюшего. Фридрих не со- гласился , так как их исполнение могло бы выражать вассальную зависимость. Только когда со стороны курии было указано на то, что речь здесь идет о ста- ром обычае и просто о традиционном оказании чести, Фридрих по совету князей выразил готовность вести коня папы под уздцы и держать ему стремя при спеши- вании. Взамен Адриан пообещал убрать из Латерана картину времен папы Иннокен- тия II с возмутительной надписью.
Во время дальнейшего продвижения к Риму перед Фридрихом явилось посольство от римского народа, которое предложило ему корону императора, исходя из ком- мунального суверенитета, но потребовало за это выплаты определенной суммы де- нег и подтверждения прав и привилегий города. Фридрих отклонил это предложе- ние . Однако теперь он должен был считаться с сопротивлением римлян его коро- нации. Уже 18 июня 1155 года, в день коронации, которую папа Адриан IV провел в церкви святого Петра, в городе началось восстание. Оно было подавлено гер- манским войском, прежде всего Генрихом Львом и его рыцарями. Попавший в руки Фридриха Арнольд Брешианский был выдан противникам и казнен по приказу город- ского префекта. Бюст-реликварий Фридриха I Барбароссы (ок. 1160 г.) и его возможный вид. Согласно положениям Констанцского договора Фридрих должен был не только подчинить римлян, но и выступить против норманнов. Однако условия для этого были неблагоприятными: в Апулии против своего короля восстали бароны; грече- ские войска высадились в начале 1155 года на восточном побережье Италии и по- бедоносно продвигались вперед. В конце осени по требованию немецких князей Фридрих прервал свой поход и повернул назад в Германию. В Анконе он встретил- ся с посланниками византийского императора. Во время этой встречи продолжал обсуждаться вопрос о германо-византийском брачном союзе; Вибальд, аббат Став- ло, был отправлен в качестве королевского посланника на восток. В сентябре 1155 года после трудного перехода через Альпы, во время которого королевскому войску с трудом удалось избежать нападения веронцев у моста через реку Адидже (Эч), Фридрих вновь ступил на немецкую землю. Однако преждевременное возвращение из похода вовсе не отменяло политику, намеченную договором в Констанце. Дальнейшее продолжение было вполне возмож- но. Но в последующие месяцы в Италии получила развитие ситуация, которая по- требовала от папы изменения его политики. После первых успехов восставших в Апулии король Вильгельм, оправившись от тяжелой болезни, смог снова появиться со своим войском на материке и не только справиться с южноитальянским восста- нием, но и вынудить греков покинуть Италию. Папа, который в 1155 году основал в Беневенте свою резиденцию, попал тем самым в очень трудное положение. По Беневентскому договору (июнь 1156 года) было достигнуто соглашение между ним и норманнами. Вильгельм I получил от папы в лен Сицилию, Апулию и Капую, вза-
мен обязываясь всего лишь выплачивать подать за материковые владения. Кроме того, для самой Сицилии он получил серьезные уступки в области господства над церковью: папа отказался здесь от института легатов и от права духовенства апеллировать к римской курии. Беневентский договор означал заключение оконча- тельного мира между папством и норманнским королевством. Курия смирилась с существованием норманнской державы. В это же время наступило отчуждение в отношениях между Фридрихом I и Визан- тией. Византийский матримониальный план рухнул. Весной 1156 года Фридрих даже планировал войну против Византии, но в связи с поражением греков в Италии это стало излишним. Спустя два года (1158 год) при посредничестве папы между Ма- нуилом I и Вильгельмом I был заключен мир на тридцать лет. Обе державы, до сих пор всегда бывшие непримиримыми противниками, объединились в противостоя- нии западной империи. Глава 35. Империя в 1155-1158 годах После своего возвращения император вначале занялся мирным решением бавар- ского вопроса. Уже в октябре 1155 года на рейхстаге в Регенсбурге он передал герцогство в лен Генриху Льву. Генрих Язомирготт не прекратил сопротивление и только после дальнейших переговоров в июле 1156 года выразил готовность отка- заться от Баварии. В связи с этим от Баварии была отделена марка Австрия, преобразованная в герцогство. Таким образом Фридриху на рейхстаге в Регенс- бурге в сентябре 1156 года удалось окончательно уладить спор. Бабенберг тор- жественно вернул императору Баварию, которая была передана Вельфам. Генрих Лев со своей стороны отказался от марки, которая в качестве герцогства в фор- ме имперского лена была передана Генриху Язомирготту и его супруге Теодоре. При этом новый герцог получил особые привилегии. Герцогство Австрийское долж- но было наследоваться как по мужской, так и по женской линии. На случай без- детной кончины Генрих и Теодора могли предложить своему коронованному сеньору преемника по «праву обретения» («ius affectandi»). В пределах герцогства вся- кая юрисдикция должна была осуществляться с согласия герцога. Ленные обяза- тельства по отношению к империи устанавливались таким образом, что герцог должен был посещать только те королевские хофтаги, которые проводились в Ба- варии, и принимать участие в походах лишь в сопредельные области. Эта «мень- шая привилегия» («privilegium minus»), названная так в отличие от сфальсифи- цированной в Австрии в середине XIV века «большой» («privilegium maius»), оз- наменовала важную веху в конституционно-правовом развитии от старого племен- ного герцогства к новому территориальному, а также в формировании территори- альной княжеской власти в Германии. Для Фридриха I такое примирение между Вельфами и Бабенбергами должно было иметь благоприятные последствия еще и по- тому, что с этого времени он нашел в Генрихе Язомирготте ценного союзника в борьбе против постоянно неспокойной Венгрии. С начала правления Фридриха I наряду с Вибальдом, который в 1158 году скон- чался в Греции, возвращаясь после выполнения дипломатической миссии в Визан- тиии, важную роль в качестве советника короля играл также епископ Эберхард Бамбергский. Его влияние проявлялось, прежде всего, в имперской канцелярии. Помимо него, начиная с 1156 года на первый план все больше выступает значи- тельная личность Райнальда фон Дасселя. Потомок знатного саксонского графско- го рода, он получил образование в хильдесхеймской соборной школе, а также во Франции. Затем он занимал ведущие церковные должности не только в кафедраль- ном соборе Хильдесхейма и в другом капитуле там же, но и в Госларе, а также в мюнстерском соборном капитуле. В 1156 году Фридрих возложил на него обязанно- сти имперского канцлера. Райнальд, который все еще всецело придерживался об-
раза мышления имперского епископата, правда, не имел определяющего воздейст- вия на политику Барбароссы. Однако его кипучая натура оказывала в течение примерно десяти лет сильное влияние на императора. В 1156 году королю удалось укрепить позиции своего дома также на западе и юго-западе. После смерти пфальцграфа Рейнского Германа фон Шталека, не оста- вившего наследников, он передал в конце года Рейнское пфальцграфство своему сводному брату Конраду. Тем самым область на среднем Рейне окончательно вошла в сферу господства Штауфенов. Еще в июне 1156 года он женился на Беатрисе Бургундской, которой тогда было лет двенадцать-четырнадцать. После смерти своего отчима и опекуна Вильгельма Маконского она стала владелицей богатого наследства. Так Верхняя Бургундия и Прованс с их важными альпийскими прохода- ми вновь оказались под непосредственной властью императора. Бертольд фон Це- ринген, который до сих пор выполнял обязанности ректора в Бургундии, получил в качестве компенсации права фогта и регалии епископств Женевы, Лозанны и Зиттена (Сьона). Однако лишение Церингенов прав на господство в Бургундии от- далило их от Штауфенов. Осенью 1157 года Фридрих появился на рейхстаге в Бе- зансоне, чтобы принять здесь от страны клятву верности. Тогда император впервые вмешался в отношения на востоке. Князь Болеслав IV Польский отклонил все требования допустить к участию в правлении своего из- гнанного много лет назад брата Владислава. Когда он отказался еще и признать сюзеренитет империи и выплатить подобающую подать, Фридрих летом 1157 года отправился с саксоно-тюрингенским войском, в котором состоял также Генрих Лев, из Галле в Польшу. Немецкое войско продвинулось по реке Одер до города Познань. Теперь Болеслав подчинился, принес императору присягу на верность и выплатил ему штрафную сумму. Затем он пообещал предоставить для следующего итальянского похода отряд из 300 рыцарей и в течение года прекратить раздоры со своим братом. Поскольку он не сдержал это обещание, Фридрих вызвал его позднее на хофтаг и в 1163 году добился передачи Силезии обоим сыновьям Вла- дислава, который к тому времени уже скончался. Болеслав (Длинный) получил герцогство Бреслау, а Мешко — герцогство Ратибор. Хотя оба герцогства остава- лись под польским сюзеренитетом, это мероприятие Фридриха I наметило посте- пенный отход Силезии от Польши и ее присоединение к империи. Находясь под впечатлением от поражения Польши, Геза II Венгерский отказался от своей враж- дебной позиции по отношению к империи и попытался сблизиться с Фридрихом, чтобы заручиться его поддержкой в конфликте со своим братом Иштваном (Стефа- ном) . Через посланников он также обещал оказать помощь в намеченном итальян- ском походе. Владислав Богемский, который в этой смуте на востоке оказался надежной опорой короны, получил в начале 1158 года королевский сан. В Нордальбингии Генрих Лев сразу же после рейхстага в Госларе в 1154 году воспользовался данным ему правом и основал епископство Ратцебург. Пробст Эвермод из Магдебургского премонстрантского монастыря стал первым епископом. Епископство Ольденбург было после смерти Виселина передано герцогскому капел- лану Герольду, посвященному в сан в июне 1155 года папой Адрианом IV. Осно- ванный Адольфом Гольштинским Любек за последние годы нанес тяжелый урон тор- говле старого герцогского торгового города Бардовик. По этой причине Генрих наложил на Любек запрет заниматься торговлей. После случившегося в городе по- жара он попытался в 1157-1158 годах основать на реке Вакениц, дальше в глубь страны, собственный город, так называемый Лёвенштадт. Неблагоприятное положе- ние выбранной местности вынудило его прекратить строительство. Однако он до- бился того, чтобы Адольф Гольштинский уступил ему за большое возмещение полу- остров между Вакеницем и Траве. Так герцог смог в союзе с купцами первого го- рода в 1159 году приступить к новому строительству Любека, который через не- сколько лет был наделен городским правом. Благодаря торговым договорам со странами севера и востока Генрих вскоре обеспечил ему ведущие позиции в тор-
говле на Балтике. Герцог взял под свою защиту также немецкое балтийское судо- ходство , исходным пунктом которого стал Любек. Когда в последующие годы на острове Готланд начались конфликты между купцами и местными жителями, он вме- шался, чтобы уладить спор, подтвердил мирное установление, изданное императо- ром Лотарем, и добился полного равноправия немцев на Готланде. Еще раньше он провел важное мероприятие в Баварии. В 1157 году он разрушил у Фёринга мост через реку Изар, упразднил принадлежавшие епископу Фрейзинген- скому рыночные и таможенные пункты и заново заложил мост, рынок и таможню вверх по реке у местечка «Мунихен». В 1158 году Фридрих I одобрил эти насиль- ственные меры, благодаря которым герцог взял под свою власть важный соляной торговый путь из Рейхенхалля в Аугсбург. Так был основан Мюнхен, который, од- нако, получил городское право только после падения Генриха Льва. В Дании арбитражное решение Фридриха от 1152 года не положило конец распрям вокруг королевского трона. Король Свен проявил вскоре свою несостоятельность и вступил в новый конфликт со своими противниками Кнутом и Вальдемаром. Кнут был убит, Свен пал в бою на пустоши Гратехейде в 1157 году. Таким образом, Вальдемар стал признанным правителем государства. Он пытался укрепить свое господство тем, что просил Фридриха передать ему в лен Данию, которая, одна- ко, могла быть выделена ему лично только после завершения второго итальянско- го похода. Глава 3 6. Рейхстаг в Безансоне и начало второго итальянского похода Напряженность в отношениях между Фридрихом I и римской курией, которая воз- никла после заключения договора в Беневенте, еще более обострилась событиями 1157 года. В начале года в Риме Адриан IV передал главенство над шведской церковью архиепископу Эскилю Лундскому. Когда Эскиль, возвращаясь из Рима в Бургундию, подвергся нападению и был пленен, Фридрих, несмотря на призыв па- пы, ничего не предпринял для его освобождения. Причина заключалась в том, что Эскиль принадлежал к противникам короля Дании Свена, которого в 1152 году Фридрих привел к власти. В ответ на это папское посольство, включавшее, помимо канцлера Роланда, еще и кардинала-священника Бернарда, предъявило серьезные жалобы на рейхстаге в Безансоне в октябре 1157 года. В одном из посланий Адриан напомнил императору о том, что он передал ему всю полноту императорской власти, но охотно предос- тавил бы еще большие «beneficia» («благодеяния»). Когда Райнальд передал при переводе послания это двойственное понятие «beneficium» как «лен», на рейхс- таге поднялась волна возмущения. Благодаря вопросу одного из легатов «От кого же у императора императорская власть, если не от папы?» это негодование еще более возросло. Только личное вмешательство императора смогло предотвратить рукоприкладство. Посланники папы, в багаже которых были найдены порочащие до- кументы, принуждены были покинуть империю. Немецким духовным чинам было отка- зано в апелляциях и миссиях в Рим. В своем ответе Фридрих решительно не со- глашался с представлением папы об императорской власти. Адриан пытался зару- читься поддержкой немецкого епископата, однако тот полностью встал на сторону императора. Генрих Лев также поставил курию в известность о своей непреклон- ной позиции. Адриан вынужден был признать, что он не может больше рассчиты- вать на внутреннюю германскую оппозицию светских или духовных князей. Тогда он пошел на попятную. Через новых посланников он объявил, что слово «beneficium» было употреблено не в значении «лен» («feodum»), а в значении «благодеяние» («bonumfactum»). В манифестах об этих событиях, которые выпустила в свет имперская канцеля-
рия и которые, возможно, составлялись при участии Райнальда фон Дасселя, впервые получило свое программное выражение монархическое сознание окружения Барбароссы. Эта штауфеновская теория государства, включающая учение о мирном сосуществовании и сотрудничестве обеих властей, связана с тем традиционным христианско-естественноправовым взглядом на обязанности государя, что в форме старого учения о двух властях представляла имперская публицистика в эпоху борьбы за инвеституру. В то же время Барбаросса, заявляя, что императорской короной он обязан только милости Божьей и свободному выбору князей, провоз- глашал независимость императорской власти от церкви. Для дальнейшего развития имперской идеи в эти годы начинает приобретать значение римское право. С 1157 года в язык имперской канцелярии входит поня- тие «sacrum imperium» («священная империя»). Священность империи обосновыва- ется тем, что Фридрих продолжает не только традицию Карла Великого и его по- следователей, но и первых христианских императоров. Германские правители яв- ляются законными наследниками римских императоров и поэтому могут воспринять старые имперские права в Италии. Это акцентирование римского права вызвало также вопрос, может ли и в какой степени император претендовать на мировое господство. Идея о том, что мировое господство, «dominium mundi», принадлежит ему по праву рождения, повторяется в поэзии той эпохи. Архипиита из окружения Райнальда фон Дасселя, имя которо- го неизвестно, — вероятно, один из самых одаренных представителей зарождав- шейся в то время в Германии поэзии вагантов — в одном из гимнов славит Барба- россу как «господина мира». Также «Игра об Антихристе», которую около 1160 года сочинил один из верхненемецких священников (возможно, в монастыре Те- гернзе), проникнута представлением об императоре как о властителе мира, кото- рому должны подчиняться князья остальных стран. Сам Фридрих был далек от этой идеи. Целью его была политика союзов с западноевропейскими странами. Он даже не претендовал на особое положение («auctoritas») по отношению к ним. Впро- чем, имперская канцелярия иногда использовала идею о мировом господстве в ка- честве дипломатического оружия. Равным образом такие понятия, как «rex provinciarum» и «regulus» («провинциальный король», «царек»), которые упот- реблялись при дворе императора для обозначения иностранной знати, вызывали недоразумения, даже если они не предполагали ленную зависимость от империи. Так, за пределами империи, особенно в Англии, возобновился в более резкой форме отпор предполагаемым притязаниям имперской власти на мировое господ- ство . Обновление империи, которое Барбаросса объявил своей обязанностью в начале правления, должно было обернуться, прежде всего, восстановлением имперских прав в Германии и Италии. Возрождению имперской власти в Италии должен был служить второй итальянский поход, в который Фридрих выступил летом 1158 года. Его целью было вернуть все те права и владения короны в Северной и Средней Италии, которые были потеряны за последние десятилетия. Благодаря этому коро- на должна была также получить в Италии сильную экономическую основу для своей власти. Таким образом, в итальянской политике Фридриха I с самого начала су- щественную роль играли фискальные и экономические интересы. Но было бы невер- ным говорить, как это делалось временами, о смещении германской королевской власти в Италию. В середине июня 1158 года император во главе государственного войска отпра- вился в Италию. Райнальд фон Дассель и баварский пфальцграф Оттон фон Вит- тельсбах были отправлены в Италию еще раньше, чтобы подготовить поход дипло- матически. Часть городов принесла им клятву верности. После прибытия в Италию императорское войско получило пополнение. Только Милан пытался продолжать со- противление, но после многонедельной осады 7 сентября оно было сломлено, и город вынужден был принять условия Фридриха. Все жители города принесли импе-
ратору клятву верности. Город не только заплатил крупный денежный штраф, но и вернул регалии. Он, однако, сохранил право избирать своих консулов, хотя ут- верждать их должен был император. Покорение Милана означало быстрое достижение важнейшей военной цели похода. Теперь Фридрих мох1 приняться за политическую реорганизацию страны. Это было задачей рейхстага, который собрался 11 ноября 1158 года на Ронкальских полях в долине реки По. Для определения регалий была назначена комиссия, в состав которой входили четверо уважаемых юристов из Болоньи и 28 представителей го- родов. Регалиями называли право распоряжаться герцогствами, маркграфствами и графствами, право назначения консулов, распоряжение всеми путями сообщения и доходами от них, права монетной чеканки, возведения пфальцев (дворцов) и дру- гие . Все правители и города должны были отказаться от этих регалий, пока не смогут ясно подтвердить законность обладания ими. К этому списку регалий до- бавились три других закона. Первый касался исполнения подобающей императору юрисдикции. Второй устанавливал право императора владеть пфальцем на любой территории. Третий закон закреплял на основании прежних обычных налогов формы поземельных или личных податей. Завершен был этот обширный законодательный труд всеобщим земским миром и ленным законом, который подтверждал и усиливал предписания первого принятого в Италии ленного закона от 1154 года. Тогда же была обновлена привилегия для студентов Болоньи. Хотя эти Ронкальские законы и позволяют распознать в отдельных словесных оборотах влияние римского права, фактически они лишь восстанавливали старую королевскую власть такой, какой она была до середины XI века. Для штауфенов- ского королевства это имело результатом чрезвычайное усиление власти. Фрей- зингенский пробст Раэвин оценивает ежегодные поступления от регалий в 30 000 фунтов серебра. Они не должны были вновь выдаваться в форме лена, но находи- лись в распоряжении королевских служащих. Для городов выполнение этих решений означало конец городской свободы и са- моуправления, которые завоевывались десятилетиями. Их правовые взгляды проти- воречили императорским. Таким образом, проведение в жизнь этих постановлений должно было почти неизбежно вызвать сопротивление. В дополнение к рейхстагу в отдельные города были отправлены императорские посланники, чтобы назначить ректорами или подеста39 преданных императору людей и определить регалии в ка- ждом конкретном случае. Постепенно эти императорские легаты распространили свою деятельность за пределы Ломбардии, на Тоскану. В то время как одна часть городов подчинилась, например Павия, Кремона, Пьяченца и Лоди, в Милане и Креме Фридрих столкнулся с сопротивлением. Поэтому в последующие месяцы оба города попали в опалу. В июле 1159 года Фридрих начал осаду Кремы. Только в январе 1160 года, после упорного сопротивления, город сдался. Император поща- дил жителей, но город приказал сравнять с землей. Сопротивление Милана, на- против , осталось несломленным. Глава 37. Начало схизмы Александра. Конец второго итальянского похода Противостояние между Фридрихом I и Адрианом IV,которое возникло после Бене- вентского договора и обострилось благодаря рейхстагу в Безансоне, еще более усугубилось в результате политики реституций, проводимой императором в Ита- лии. Законодательство регалий не ограничивалось только Ломбардией, а касалось От лат. «potestas» (власть) — выборный глава исполнительной и судебной власти в итальянских городах-коммунах, превращенный Фридрихом I Барбароссой в назначаемого наместника императора. — Прим. ред.
также Тосканы и не останавливалось даже границами Папской области. Через по- сольство папа потребовал передачи владений Матильды и подал жалобу на импера- торские злоупотребления относительно папской территории. Фридрих, со своей стороны, упрекнул папу в несоблюдении Констанцского договора и отклонил по- пытки его изменить. Предложение императора созвать арбитражный суд Адриан не принял. Более того, он начал новые переговоры с норманнами и городами Ломбар- дии, в то время как Фридрих при посредничестве Оттона фон Виттельсбаха уста- новил контакты с римским городским движением. Но прежде чем дело дошло до от- крытой вспышки враждебности, Адриан IV скончался 1 сентября 1159 года в Ана- ньи. Его смерть обострила раскол в коллегии кардиналов. Большинство кардиналов избрало 7 сентября канцлера Роланда (Роландо), сторонника политики Адриана IV, в то время как меньшинство голосовало за кардинала Октавиана (Оттавиано), представителя настроенного дружественно по отношению к императору рода Монти- челли. Его избранию благоволил Оттон фон Виттельсбах. Во время выборов воз- никли беспорядки. Сам Октавиан отнял у своего противника папский плащ и рас- порядился облачить себя в него. Роланд и его сторонники вынуждены были поки- нуть город. Затем он был посвящен в сан под именем Александра III. Октавиан принял имя Виктор IV. Целью императорской политики должно было стать быстрое устранение схизмы. Внешне Фридрих придерживался нейтралитета, хотя с самого начала он был на стороне Виктора, поскольку предполагал, что Александр, будучи папой, продол- жит антиимператорскую политику, которую он проводил еще при Адриане. Урегули- рование конфликта пап должно было происходить в той форме, которая соответст- вовала представлениям Фридриха об императорской власти. Поэтому 13 января 1160 года в Павии он созвал всеобщее церковное собрание. Были, впрочем, со- мнения, подчинятся ли папы этому созванному императором церковному собору. Виктор принял приглашение, а Александр, напротив, отказался участвовать на том основании, что он как папа он не может признать над собой никакого земно- го судьи. Поэтому надежды на мирное разрешение конфликта с самого начала были невелики. Когда 5 февраля собор, наконец, открылся, на нем присутствовали только 50 архиепископов и епископов из Германии и Северной Италии со своими идейными приверженцами, а также послы королей Англии, Франции, Дании, Богемии и Венгрии. Зато почти совершенно отсутствовал французский и английский клир. Итак, собор изначально не был всеобщим. После переговоров, длившихся семь дней, Виктор IV абсолютным большинством собрания был признан законным папой. Александр III из-за отказа прибыть на собор и из-за своих связей с Миланом и Сицилией был отлучен от церкви. В обширном послании, которое было подписано даже отсутствующими духовными чинами, всему христианскому миру было объявлено о решениях собора. Западноевропейским княжеским дворам и в Константинополь были отправлены посольства с целью добиться общего согласия с этими решения- ми. Реакцией Александра стало отлучение от церкви императора, его главных со- ветников и Виктора IV. Вмешательство императора не устранило раскол, а, на- оборот, политически обострило его и на 18 лет разобщило всю Западную Европу. В конфликте, который возник между Фридрихом и Александром III, положение последнего было более благоприятным. На сторону Александра встали большинство кардиналов, Сицилия, города Ломбардии, Венеция, Венгрия, Испания, Норвегия, Ирландия и князья Востока. Он пытался при посредничестве своих легатов до- биться поддержки и византийского императора Мануила. Большим успехом было, в первую очередь, то, что в Бове в июле 1160 года на его сторону перешел анг- лийский и французский клир. Виктора IV поддержали сначала лишь зависимые от императора страны: помимо Германии — Дания, Богемия, Польша и Италия, находя- щаяся под властью Фридриха I. Но и немецкий клир не сплотился вокруг него до конца. Церковная провинция Зальцбург под руководством архиепископа Эберхарда
выступила за Александра III. В последующие годы перед Фридрихом стояла двойная задача. С одной стороны, необходимо было упрочить власть империи в Италии, с другой, он должен был по- пытаться вывести Англию и Францию из послушания Александру III. Конфликт меж- ду слабым французским королем Людовиком VII и английским королем Генрихом II, который тогда же получил от французского короля в лен всю Западную Францию, но был сильнее своего сеньора, неоднократно предоставлял в будущем возмож- ность заручиться поддержкой одного из этих правителей для признания папы — ставленника императора. Главным оплотом сопротивления в Италии был Милан. После годичной осады в марте 1162 года город вынужден был окончательно капитулировать. В крайне уни- зительной форме жителей города заставили подчиниться. При этом знаменитая ми- ланская знаменная колесница была передана императору и разрушена. Затем был совершен суровый суд над городом. Стены его были снесены, городской вал срыт, так что императорское войско смогло вступить в город. По требованию враждеб- ных Милану соседних городов Фридрих приказал полностью его разрушить. Жители были расселены в четырех деревнях и подчинены императорскому подеста. После падения Милана быстро погасло сопротивление других городов. Они подчинились на таких же условиях: уничтожение укреплений, передача всех замков и назначе- ние в город подеста. Верным императору коммунам, прежде всего Кремоне, Павии и Лоди, разрешалось распоряжаться регалиями при избранных ими консулах. Таким образом, вся Ломбардия выразила императору послушание. Поэтому Райнальд фон Дассель, с 1159 года архиепископ Кёльнский, но, как и прежде, главный провод- ник императорской политики в Италии, находясь за ее пределами, начал реорга- низацию имперских владений в Тоскане, чьим управлением пренебрегал герцог Вельф. Соглашения с приморскими городами Генуей и Пизой, которым были переда- ны регалии и право избрания консулов, должны были подготовить почву для борь- бы против норманнов. Папа вынужден был отступить ввиду превосходства императора и на рубеже 1161/62 годов он отправился через Геную в Южную Францию. После этого Фридрих прервал приготовления к походу против норманнов и двинулся в Бургундию. Ему казалось, что открывается возможность, договорившись с Людовиком VII Француз- ским, преодолеть раскол. Поскольку папа Александр в англо-французском кон- фликте встал на сторону Англии, между ним и Людовиком VII установились про- хладные отношения. Людовик VII начал при помощи своего зятя Генриха (Анри), графа Труа, переговоры с императором. Договорились о том, что оба правителя 29 августа 1162 года встретятся на мосту через р. Сону у Сен-Жан-де-Лосна, чтобы там посредством паритетного арбитража уважаемых мужей решить, какой из пап является законно избранным. Однако Людовик VII под давлением настроенного в пользу Александра клира своей страны вновь стал колебаться. В назначенный день собрание не состоялось. Оба правителя друг за другом появились на мосту через Сону. Людовик попросил о переносе встречи на три недели, чтобы угово- рить Александра предстать перед третейским судом. Но Александр крепко держал- ся за свое прежнее мнение о том, что никто не имеет права судить его. К тому же он мог способствовать сближению между королями Англии и Франции. Так как Фридрих понял, что не может рассчитывать на взаимопонимание с Людовиком VII, он распорядился без его участия снова вынести приговор Александру на синоде в Сен-Жан-де-Лосне (7-8 сентября). В назначенный для встречи день сам император не появился на мосту через Сону, поскольку Александр не сопровождал француз- ского короля, а был представлен в лице Райнальда фон Дасселя. Между ним и Лю- довиком произошло жесткое словесное препирательство, так как король упрекнул германского императора в нарушении достигнутых соглашений. Так вся акция, за- думанная как триумф императора и его папы, закончилась неудачей. Барбаросса вынужден был вернуться в Германию ни с чем.
Глава 38. Фридрих I в Германии. Третий итальянский поход Фридрих оставался в Германии всего год (с сентября 1162 по октябрь 1163), чтобы обеспечить мир, прежде всего в Саксонии, и чтобы подготовиться к новым военным действиям в Италии. Генрих Лев сначала не принимал участия во втором итальянском походе. Лишь летом 1159 года он отправился с ополчением через Альпы, чтобы помочь императору при осаде Кремы. После завоевания города и по- сле собора в Павии он вернулся в Германию с первоначальной целью вновь при- нять участие в рейхстаге в Сен-Жан-де-Лосне. В эти годы центр тяжести полити- ки герцога находился на северо-востоке, прежде всего в Нордальбингии. Еще в 1158 предприняв первое выступление против ободритов, через два года в союзе с королем Вальдемаром Датским Генрих подчинил всю их землю. Князь Никлот погиб в бою перед Верлой. Его сыновья Прибислав и Вратислав вынуждены были почти полностью уступить страну герцогу. Генрих тут же начал ее политическое пере- устройство , передав древние славянские крепости представителям саксонской знати как своим должностным лицам. Наместником всей страны стал Гунцелин фон Хаген, который в качестве графа получил резиденцию в Шверине. Шверин, наде- ленный городским правом, стал также религиозным центром страны и епископской резиденцией. Герцог хотел с помощью этих мер создать в саксонской приграничной марке за- крытую территорию. Также он пытался придать большее значение своим герцогским правам в исконно саксонской области и расширить свои владения. Такая экспан- сионистская территориальная политика очень рано объединила его противников. Если еще во время первого итальянского похода архиепископ Хартвиг Бременский попытался составить коалицию против герцога, то в 1163 году эти планы приоб- рели белее четкие контуры. Альбрехт Медведь, пфальцграф Адальберт фон Зоммер- шенбург и ландграф Людвиг II Тюрингский заключили против него союз и попыта- лись привлечь на свою сторону других сильных князей империи. Это потребовало вмешательства императора, который тем самым смог воспрепятствовать началу конфликта в Саксонии. В отсутствие императора в Майнце здешними бюргерами был убит назначенный им архиепископ Арнольд Бюргенский. Поэтому после своего возвращения в апреле 1163 года император свершил над Майнцем строгий суд. Городу было отказано во всех привилегиях, а городские стены были разрушены. Новое назначение на майнцский архиепископский престол столкнулось с большими трудностями. В ко- нечном итоге император провел кандидатуру Конрада фон Виттельсбаха. Однако надежды найти в нем верного приверженца императорской партии в Германии не оправдались. Под влиянием Эберхарда Зальцбургского Конрад все больше склонял- ся на сторону Александра, у которого и без того было много сторонников. Между тем дипломатические усилия Александра III были небесполезны. При этом он пока оставлял открытым путь для примирения с Фридрихом. Летом 1163 года на рейхстаг в Нюрнберг прибыли посланники папы, чтобы при посредничестве Эбер- харда Зальцбургского начать переговоры с императором. Но они вынуждены были уехать ни с чем. Это отсутствие у императора готовности к переговорам привело к более тесному сближению курии с Византией. Мануил I развил в это время большую дипломатическую активность и попытался склонить присоединиться к лиге против Фридриха I прежде всего Людовика VII Французского. Он был также готов признать Александра III, но его дальнейшие планы не осуществились из-за со- противления французского короля. Осенью 1163 года Фридрих I вернулся в Италию. Собрав военные силы Северной Италии, он хотел напасть на Рим и Сицилию. Начало похода было назначено на 1 мая 1164 года, однако он не состоялся. За несколько дней до этого, 20 апреля,
в Лукке умер Виктор IV. Его скоропостижная смерть давала возможность покон- чить со схизмой. Но Райнальд фон Дассель, не дожидаясь решения императора, распорядился, чтобы преданные императору кардиналы уже через два дня после смерти Виктора избрали нового антипапу, Пасхалия III. Фридрих одобрил дейст- вия Райнальда задним числом. И все же новый папа был признан только частью сторонников Виктора. Партия Александра с этого времени все больше укрепляла свои позиции в Германии, Конрад Майнцский открыто встал на ее сторону. В са- мой Италии положение императора осложнялось тем, что Венеция, которая воспри- нимала могущество императора в Северной Италии как угрозу, организовала со- противление ему и заключила против него союз с Вероной, Виченцей и Падуей. Только серьезные уступки другим городам давали Фридриху возможность воспре- пятствовать расширению этого Веронского союза. Попытка императора подавить сопротивление силой оружия оказалась тщетной. Осенью 1164 года он вернулся ни с чем в Германию, чтобы снова начать здесь приготовления к борьбе со своими противниками в Италии. Глава 3 9. Союз с Англией и четвертый итальянский поход Фридриха I Если поход императора в Италию не принес ожидавшегося военного успеха, то в начале 1165 года благодаря церковному конфликту в Англии появилась возмож- ность прорвать вражеский фронт новой дипломатической акцией и привлечь на сторону империи Англию. В январе 1164 года король Генрих II пожелал восстано- вить с помощью Кларендонских конституций правовое главенство английской коро- ны над духовенством, прежде всего в судебных вопросах. Томас Бекет, в быт- ность канцлером, поддерживавший политику короля по отношению к английской церкви, со времени своего возведения в сан архиепископа Кентерберийского (1162 год) стал самым ярым поборником церковной самостоятельности. Он отка- зался признавать Кларендонские конституции, вынужден был покинуть Англию и нашел прибежище во Франции. Александр III, к чьей помощи он взывал, занял не- определенную позицию. Однако он старался не принимать открыто сторону архи- епископа, чтобы избежать разрыва с английским королем. Тем не менее, тот анг- лийский церковный конфликт неизбежно вел к охлаждению отношений между папой и Генрихом II. В этой ситуации в апреле 1165 года Райнальд фон Дассель в каче- стве императорского посланника отправился ко двору Генриха II в Руан, чтобы провести переговоры о создании союза между империей и Англией. Условились о двойном германо-английском супружеском союзе: Матильда, старшая дочь Генриха II, должна была выйти замуж за Генриха Льва, который еще в 1162 году развелся со своей супругой Клеменцией. Другая дочь английского короля, Элеонора, была помолвлена со старшим сыном императора, которому в то время не исполнилось и года. Генрих II дал согласие на признание императорского папы и отправил по- сольство на рейхстаг, который Фридрих проводил в мае 1165 года в Вюрцбурге. Под впечатлением этого нового внешнеполитического успеха Фридрих решил, не- смотря на сильную оппозицию среди духовенства, принять на рейхстаге в Вюрц- бурге серьезные меры. Все присутствующие клятвенно обязывались никогда не признавать Александра или другого папу, избранного его сторонниками. Сам им- ператор принес такую клятву, равно как и светские князья во главе с Генрихом Львом, в то время как многие представители духовных князей отказались это сделать. Английские посланники также представили соответствующее заявление от имени своего короля. Было решено осуществить принесение этой клятвы по всей империи в течение шести недель. Тот, кто отказывался от принесения клятвы, лишался своих должностей, ленов и имущества. Вюрцбургские решения проводились со всей строгостью. Архиепископ Конрад
Майнцский как сторонник Александра был смещен с должности, на его место был возведен королевский канцлер Христиан фон Бух, который с 1164 года, будучи легатом императора в Италии, успешно проводил его политику. Из-за нежелания выполнять Вюрцбургские решения попал в опалу и новый зальцбургский архиепи- скоп Конрад. Выражением этой новой политики Барбароссы было также то, что он 29 декабря 1165 года в Ахене торжественно поднял из гробницы мощи Карла Вели- кого и с согласия антипапы повелел объявить его святым. Одновременно этот акт должен был стать политической демонстрацией, направленной против Франции, со- юзницы Александра. Союз с Англией при этом не принес ощутимой пользы. Генрих II не решился на полный разрыв с Александром, а использовал соглашения с им- ператором только как средство давления на курию в английском церковном кон- фликте . Александр III, положение которого во Франции из-за новых противоречий между Англией и Францией стало слишком неустойчивым, в 1165 году снова отправился в Италию. Там вновь следовало искать решение в борьбе против него. После смерти Вильгельма I (1166 год) его основной опорой по-прежнему оставались норманны под регентским правлением, назначенным на время несовершеннолетия Вильгельма II. Снова стали интенсивно вестись и переговоры с Византией. Мануил I возоб- новил свой прежний план создания большой коалиции против Фридриха I. Мануил должен был получить Сицилию благодаря браку юного короля Вильгельма со своей дочерью. Папе он предложил союз восточной церкви с западной, в случае если Александр признает его единственным императором. Вновь завязались дипломати- ческие отношения с Людовиком VII. Впрочем, после длительных переговоров эти широко задуманные планы создания коалиции не увенчались успехом. Александр не мох1 согласиться на такую уступку, которая нарушала вековую западную традицию. Франция и Сицилия тоже не приняли предложения Мануила о создании союза. Ввиду дипломатической активности своих противников Фридрих вынужден был по- пытаться как можно скорее добиться решения проблемы на итальянской земле. Осенью 1166 года с большим войском, при котором впервые состояли проверенные в бою наемники из Брабанта, так называемые брабанзоны, он отправился разными дорогами в Италию. После хофтага в Лоди, на котором прозвучали жалобы на на- логовый пресс и жестокое управление императорских подеста, император весной 1167 года двинулся дальше на юг. В походе ему удалось покорить после многоне- дельной осады союзную грекам Анкону. Другое немецкое войско под предводитель- ством Райнальда фон Дасселя и Христиана Майнцского двинулось прямо на Рим и 29 мая при Тускулуме одержало блестящую победу над римлянами. Когда перед во- ротами Рима появился сам император, ему удалось в конце июля после ожесточен- ных боев завоевать Город Льва и завладеть в результате церковью ев. Петра. Пасхалий III был торжественно возведен на папский престол и венчал на импера- торский трон супругу Фридриха Беатрису (1 августа 1167 года). Александр выну- жден был спасаться из Рима бегством. Казалось, что Фридрих находится на вер- шине своей власти. Через несколько дней в расположенном лагерем перед воротами Рима немецком войске разразилась ужасная катастрофа. Внезапный ливень после палящей авгу- стовской жары вызвал эпидемию малярии, которая за короткое время нанесло тя- желейший урон войску. Более 2000 рыцарей пали жертвой болезни, среди них Рай- нальд фон Дассель, племянник Барбароссы Фридрих, герцог Швабский, а также Вельф VII, юный сын Вельфа VI, и ряд епископов. Заболел и сам император Фрид- рих. С большим трудом ему удалось вывести остатки своего войска на север. План похода против норманнов потерпел полный крах. Последствием этой катаст- рофы, которая сторонниками Александра воспринималась как Божья кара, был все- общий мятеж в Ломбардии. Уже весной некоторые города объединились в союз про- тив императора. 1 декабря этот союз, к которому присоединился и Веронский со- юз, расширился до Ломбардского союза городов. Уже тогда он включал в себя 16
городов, а в дальнейшем еще увеличился. Его целью было устранение немецкого господства и восстановление старых городских свобод. Император объявил союзу опалу, но не был достаточно силен, чтобы ее осуществить. Только в 1168 году с большими трудностями он добрался через Бургундию до Германии. Тем временем Ломбардский союз смог еще более усилить свою власть. Милан вернул свою преж- нюю территорию, была восстановлена и Тортона. Кроме того, в мае 1168 года за- паднее Тортоны была основана крепость союза, названная в честь папы Алессанд- рией. Италия была потеряна для императора. Также в Северной Италии в после- дующие годы все большее влияние получал византийский император. 1167 год и смерть Райнальда фон Дасселя ознаменовали важную веху в истории правления Барбароссы. Попытка восстановить в борьбе с курией и северо- итальянскими городами имперскую власть в Италии потерпела крах. Теперь импе- ратор был вынужден сначала планомерно расширить королевское влияние в Герма- нии, если он все еще хотел, уже другим путем, достичь своей цели в Италии. Глава 40. Укрепление королевской власти Штауфенов в Германии. Генрих Лев — правитель Саксонии и Баварии После своего возвращения из Италии император провел в Германии шесть с по- ловиной лет (с весны 1168 года до осени 1174 года) — дольше, чем когда-либо еще за весь период своего правления. Это время было использовано им, прежде всего, для планомерного укрепления позиций короны. Если еще в начале своего правления он вслед за Конрадом III продолжал политику утверждения королевских владений и династической власти, то годы с 1168 по 1180 ознаменовали вершину ее развития. Первоочередной целью Фридриха было создание ряда земельных мас- сивов короны. Один из основных опорных пунктов находился в Швабии. Ставший вакантным после смерти его двоюродного брата Фридриха (IV) Ротенбургского ти- тул герцога он передал своему юному сыну Фридриху, вместо которого он пока и управлял герцогством. Его действиям благоприятствовало то, что после вымира- ния многих швабских родов, таких как графы Ленцбургские и Пфуллендорфские, он унаследовал их владения. Таким образом он смог не только расширить область господства Штауфенов на юге Швабии, но и взять под контроль важные области альпийских перевалов. С 60-х годов начинается основание городов в Эльзасе и в Швабии. Городское право получили Ульм и Хагенау, центр имперских владений в Эльзасе. Швебиш-Халль приобрел значение как королевский монетный двор. Подоб- ным же образом были закреплены позиции королевского дома на среднем Рейне. Из Восточной Франконии штауфеновское господство распространилось на Верхний Пфальц. Крупная имперская территория должна была возникнуть, прежде всего, на вос- токе Средней Германии. Еще в 1158 году император объединил имперские владения вокруг Альтенбурга с завоеваниями в бассейне реки Плейсе. После смерти Фрид- риха Ротенбургского ему отошли также земли по Эгеру. Так разрастался массив королевских земель, которые простирались от Лейзнига и Кольдица на севере до Эгера на юге. Опорными пунктами стали здесь пфальцы Альтенбург и Эгер. В 60-е годы городское право получили Хемниц, Альтенбург и Цвиккау. В Северной Тюрин- гии центрами управления имперскими владениями в Золотой долине были Киффхой- зер и пфальц Тилледа. В конце 60-х годов империи было возвращено важное им- перское фогтство Гослар, расположенное к северу от Гарца. Самыми усердными помощниками короны в этой территориальной политике стали имперские министериалы, которые в качестве королевских должностных лиц управ- ляли из большого количества возведенных тогда имперских бургов не только им-
перскими, но и родовыми владениями. С их помощью Барбаросса смог полнее ис- пользовать на благо короны и королевские владения, разбросанные в других об- ластях империи. Важным достижением было также то, что император мох1 регулировать порядок наследования императорского трона. В конце 1169 года его трехлетний тогда сын Генрих был единогласно избран князьями королем и спустя два месяца коронован в Ахене. В немецкой церкви император тоже смог, в общем и целом, проводить свою волю. Кёльнское архиепископство получил в 1167 году Филипп Хейнсберг- ский. Сопротивление, как и прежде, исходило из архиепископства Зальцбургско- го, где после смерти архиепископа Конрада его преемником был избран Адаль- берт, сын короля Богемии. Поскольку он встал на сторону Александра, то Фрид- рих, в конце концов, сместил его и выдвинул на место главы епархии пробста Генриха фон Берхтесгадена, не потребовав, однако, от него ясно определить свое отношение к Александру. В те же годы на вершине своей власти находится и Генрих Лев. Однако в земле ободритов еще не был окончательно закреплен мир, достигнутый в результате по- бедоносного похода 1160 года. Во время крупного восстания в 1164 году почти полностью рухнула созданная герцогом структура власти. В новых тяжелых боях, во время которых погиб Адольф Гольштинский, Генриху удалось стать господином положения и даже подчинить своей сюзеренной власти Богислава Поморского. Не- смотря на это, он решил в 1167 году восстановить Прибислава, сына Никлота, в правах наследования и пожаловать ему отцовскую землю в лен. Только Шверин ос- тался под прямым господством графа Гунзелина. На Балтике Генрих должен был постоянно считаться со своим противником Вальдемаром Датским, который рас- сматривал Переднюю Померанию и Рюген как сферу интересов Дании. Когда он в 1168 году завоевал Рюген, то помощь ему по приказу Генриха оказали ободриты. За это Вальдемар обязан был уступить герцогу половину добычи и дани. Отказ Вальдемара соблюдать эти обязательства привел к затянувшейся на годы борьбе, которая лишь в 1171 году завершилась заключением мира. Датский король выпол- нил условия герцога, его сын Кнут женился на одной из дочерей герцога. Параллельно шло расширение власти герцога внутри страны, прежде всего бла- годаря планомерной завоевательной политике в Восточной Саксонии, где Генрих стремился расширить и округлить свои владения. Центром его господства стал Брауншвейг, где герцог рядом со старым поселением основал Хагенштадт. В непо- средственной близости от заново возведенной церкви ев. Блазия он сделал гер- цогской резиденцией замок Данквардероде, который по своей планировке был рав- ноценен имперским пфальцам той эпохи. На замковой площади он распорядился в 1166 году воздвигнуть как символ своего господства и судебных полномочий скульптуру льва. Он также содействовал превращению в города Штаде, Бремена, а позже Люнебурга и, возможно, других поселений, или же завершил этот процесс предоставлением им городского права. В саксонских областях к западу от реки Везер Генрих продемонстрировал значение высшей герцогской власти, прежде все- го, поддержанием земского мира. По сравнению с Саксонией Бавария, где герцог в те годы чаще проводил время, играла второстепенную роль. Мероприятия, кото- рые он здесь осуществлял, раскрывают, прежде всего, его намерение установить господство над важнейшими торговыми путями страны. Нередко насильственный образ действий герцога, который часто не считался с правами других династов, был причиной возрождения прежней оппозиции остальных саксонских князей. Через несколько недель после отбытия императора в Италию, осенью 1166 года, против него составился широкий союз князей, в котором поми- мо Альбрехта Медведя участвовали архиепископ Вихман Магдебургский и другие духовные и светские князья. Райнальд фон Дассель, находившийся тогда с импе- ратором в Италии, тоже был противником герцога. Конфликты в Восточной Саксо- нии, прежде всего вокруг важного укрепления Хальденслебен, продолжались
вплоть до возвращения императора. Только после многочисленных приглашений конфликтующих сторон на рейхстаг Фридриху удалось в 1168 году на Вюрцбургском рейхстаге добиться мира в Саксонии. После смерти Альбрехта Медведя (1170 год) началось сближение Вельфов и Асканиев. Позиция Генриха Льва, мощного территориального князя империи и зятя англий- ского короля, на чьей дочери Матильде он в 1168 году женился, все больше упо- доблялась королевской. В 1172 году он с блестящей свитой предпринял паломни- чество в Святую землю и был превосходно принят не только императором Мануи- лом, но и в Иерусалиме, а также иконийским султаном. В те годы Фридриху Барбароссе пришлось еще раз вмешаться в дела Силезии. При поддержке короля Богемии Владислава в 1172 году он отправился в поход против Мешко III Польского, так как тот изгнал из герцогства своего племянни- ка Болеслава Силезского. Император вынудил его признать сюзеренитет империи и снова поставить Болеслава во главе герцогства. В Венгрии после смерти Гезы II (1162 год), при его сыне Иштване (Стефане) III, также сохранялось немецкое влияние. Глава 41. Пятый итальянский поход и венецианский мир После смерти Райнальда политика Фридриха II была ориентирована на достиже- ние согласия. Император пока не признавал нового антипапу Каликста III, кото- рого осенью 1169 года, после смерти Пасхалия III, избрали его кардиналы. На- против, в 1169 году он возобновил при посредничестве епископа Эберхарда Бам- бергского и двух цистерцианских аббатов из Клерво и Сито переговоры с Алек- сандром III. Они не увенчались успехом, так как папа потребовал включения в мирное соглашение Ломбардии. На хофтаге в Фульде в июне 1170 года император скорректировал свое Вюрцбургское заявление о том, что никогда не признает Александра папой. В то же время проявились новые внешнеполитические устремления, направленные на то, чтобы привлечь на сторону короны силы, выступавшие до сих пор за Алек- сандра, и тем самым подготовить окончательную победу императора в Италии. Ко- гда в 1167 году между Англией и Францией с новой силой разразилась война, Фридрих следующим летом отправил Генриха Льва и архиепископов Майнца и Кёльна к западным монархам с целью заключения мира, но эта миссия не увенчалась ус- пехом. После убийства Томаса Бекета (29 декабря 1170 года) Генриху II, на ко- торого это злодеяние оказало тяжелое моральное воздействие, пришлось сбли- зиться с курией и отменить Кларендонские конституции. Поэтому Фридрих теперь активнее выступал за сближение с Францией. В феврале 1171 года он встретился с Людовиком VII у Вокулера, на границе двух держав. Произошедший в результате поворот к сближению с Францией положил начало будущему штауфеновско- капетингскому союзу. К попыткам увести от Александра его прежних сторонников относится также возобновление переговоров с Византией. Архиепископ Христиан Майнцский был в 1170 году направлен к императору Мануилу, который был готов вступить в переговоры с Барбароссой, так как ему не удалось тесно сблизиться с Францией или папой. Снова возникает план германо-византийского брачного союза: один из сыновей императора должен был получить в жены византийскую принцессу. Взаимный обмен дипломатическими миссиями в последующие годы пре- следовал те же цели. Очевидно, Генрих Лев также сыграл роль в этих перегово- рах, когда во время своего паломничества в 1172 году остановился в Константи- нополе . Однако эти переговоры оказались безуспешными, так как Фридрих был не готов пойти на какие-либо территориальные уступки Восточной империи в Италии. Решение проблемы приходилось снова искать в Италии. В 1171 году для восста- новления имперской власти в Северную Италию в качестве императорского легата
был отправлен Христиан Майнцский. Ему удалось вывести Венецию из Ломбардской лиги и урегулировать споры между верными императору городами. Таким образом, сам император смог в сентябре 1174 года отправиться с войском в Италию. В этом пятом итальянском походе не принимали участие Генрих Лев и другие кня- зья. Император начал кампанию в Западной Ломбардии, которая была быстро за- воевана, в то время как на востоке успех сопутствовал архиепископу Христиану. Главной целью наступления стала крепость союзников Алессандрия. Однако ее осада зимой 1174/75 года не принесла успеха. Когда приблизилось деблокирующее войско ломбардцев, император двинулся ему навстречу, но не отважился на от- крытую битву. Города также были готовы пойти на мирное соглашение. Так собы- тия привели к заключению предварительного мира в Монтебелло 16-17 апреля 1175 года. Ломбардцы вновь подчинились. Для установления окончательного мира дол- жен был создаваться арбитражный суд, включавший по три представителя от импе- ратора и от городов. В том случае, если бы не пришли к единому мнению, реше- ние должны были принять консулы Кремоны. Фридрих был готов пойти на серьезные уступки. Несмотря на это, мирные переговоры провалились, так как города по- требовали участия папы в мирном завершении конфликта и признания Алессандрии членом их союза, тогда как император требовал разрушения крепости. Осенью 1175 года борьба возобновилась. Положение императора было особенно затруднительным, так как после заключения предварительного мира в Монтебелло он распустил часть своего войска. Необходимо было сначала дождаться вспомога- тельных сил из Германии, которые собрал архиепископ Филипп Кёльнский. В этой трудной ситуации император в начале 1176 года обратился к Генриху Льву, кото- рый тогда находился в Баварии. В последние дни января или в начале февраля император и герцог встретились для переговоров в Кьявенне к северу от озера Комо. При этом Фридрих попросил своего кузена, возможно даже коленопреклонен- но, о помощи. Но поскольку он отклонил требование герцога уступить ему в ка- честве вознаграждения важный имперский город Гослар, герцог отказал императо- ру в просьбе о помощи. Из этого не следовало то, что герцог был принципиально против итальянской политики императора. С точки зрения ленного права Генрих Лев также не был обязан выставлять войско, так как для этого похода не было объявлено всеобщего призыва. Но не было ли у Генриха моральных обязательств оказать помощь императору? Его власть в Германии всецело основывалась на по- кровительстве, которое постоянно оказывал ему император в последние годы. Взамен Фридрих в этой критической ситуации мог бы рассчитывать на поддержку Вельфов. Таким образом, этот отказ оказать помощь в Кьявенне не является пра- вовым основанием для будущего процесса против герцога, но он стал, вероятно, серьезнейшим поводом для взаимного отчуждения обоих правителей. Немецкие вспомогательные войска, которые привели Филипп Кёльнский и другие князья, были немногочисленны. Несмотря на это, император решил напасть на Ми- лан. Хотя войско противника по численности намного превосходило силы импера- тора, он 29 мая 1176 года начал сражение при Леньяно (северо-западнее Мила- на) . Миланская пехота одержала победу над немецким рыцарским войском. Самого императора в течение нескольких дней считали погибшим. Хотя значение этого поражения в военном плане было не очень велико — по- страдала только часть императорского войска, — оно, однако, означало поворот в политике, так как император в результате решил встать на путь переговоров. Мирное соглашение стало возможным еще и потому, что консулы Кремоны сделали новое предложение заключить мир. Фридрих был также готов пойти на это, но мирному решению конфликта стали теперь противиться города. В последующие месяцы и годы Фридрих показал себя как мастер дипломатической игры. Ему удалось поссорить своих противников, курию и Ломбардию, и благодаря особому соглашению с папой добиться успеха. Прелиминарный договор в Ананьи (ноябрь 1176 года) должен был создать основу для окончательного заключения
мира. Фридрих признал Александра законным папой, обязался вернуть папе причи- тающиеся ему регалии и владения и отказаться от владений Матильды. Далее он выразил готовность к мирному соглашению с Ломбардией. В мирный договор должна была быть включена и Сицилия. В ответ папа снял с Фридриха отлучение от церк- ви и признал его императором, а его сына Генриха — римским королем. Церковные мероприятия, проведенные Фридрихом во время схизмы в Германской империи, при- знавались действительными. Этот предварительный мир в Ананьи означал полное торжество требований ку- рии. Однако в ходе дальнейших переговоров императорским посредникам все же удалось изменить проект договора в пользу императора. Уязвленными этим особым соглашением своего папского союзника считали себя, прежде всего, ломбардцы. Окончательные мирные переговоры, которые начались в апреле 1177 года в Ферра- ре и были продолжены в Венеции, сначала застопорились. Причиной явилось то, что император ужесточил свои требования к Ломбардии и при этом апеллировал к решениям, принятым в Ронкалье. Александр, чтобы обеспечить мир, по крайней мере, для курии, выступил теперь с посредническим предложением о том, что им- ператор должен заключить перемирие с Ломбардией на 6 лет, а с Сицилией — на 15. Фридрих выразил готовность согласиться на это предложение, если ему на 15 лет будут предоставлены доходы от имений Матильды. В итоге пришли к соглаше- ниию, что вопрос о владениях Матильды не будет затронут в мирном договоре. Это означало, что они остаются в распоряжении императора в течение 15 лет. Так, наконец, 24 июля 1177 года был торжественно заключен мир в Венеции. Папа встретился там с императором и снова принял его в лоно церкви. Фридрих про- явил почтение к папе, поцеловав ему, согласно обычаю, ногу. Папа поднял его, вознаградил примирительным поцелуем и благословил. Во время второй встречи император исполнил для папы службу маршала. 1 августа договор был ратифициро- ван. Хотя сама эта форма заключения мира внешне и выражала триумф церкви, во многих отношениях Венецианский мир был все же победой императора. Большим ус- пехом являлась отсрочка окончательного мира с Ломбардией. Время могло теперь работать только на императора. Прежде всего были достигнуты мир в самой Гер- мании и единство немецкой церкви. Епископы, после того как они признали папу, сохранили свои епископства. Только назначенный Генрихом Львом в Хальберштадт епископ Геро должен был уступить место изгнанному епископу Ульриху. В Зальц- бурге на архиепископский престол был возведен Конрад фон Виттельсбах, смещен- ный с должности в Майнце. До сентябра император и папа находились в Венеции, затем Александр был пре- провожден Христианом Майнцским в Рим. Император еще на год остался в Северной Италии, чтобы окончательно урегулировать отношения с городами. Потерпев в этом неудачу, он в 1178 году сначала отправился в Бургундию, где был возведен на бургундский королевский трон архиепископом Арля. В октябре он вернулся в Германию. Александр, преодолев определенное сопротивление, смог вступить в Рим только в марте 1178 года. Большой (третий) Латеранский собор, который он созвал в следующем году, ясно продемонстрировал восстановленное единство церкви. Чтобы предотвратить в будущем возможность двойственных, спорных из- браний папы, было определено, что для действительных выборов необходимо и достаточно двух третей голосов кардиналов. Впрочем, Александру не удалось на- долго победить сопротивление в самом Риме. Вскоре ему пришлось снова покинуть город. 30 августа 1181 года он скончался в Чивита-Кастеллана. Глава 42. Судебный процесс над Генрихом Львом и его падение Перелом в церковной политике империи в связи с Венецианским миром после возвращения императора должен был повлечь за собой преобразование отношений
внутри страны. Отказ Генриха Льва в помощи показал, что проведение Фридрихом в Германии прежней политики, которая основывалась на компромиссе с Вельфами, было уже невозможным. В критический момент императору было отказано князем, чью власть он укреплял и поддерживал и чьи требования теперь грозили подор- вать основы империи. Противостояние, которое возникло во время встречи в Кья- венне, еще более ожесточилось из-за вопроса о вельфском наследстве. Поскольку Вельф VI после смерти своего сына Вельфа не имел больше наследников, то он, очевидно, уже в 1172-1173 годах, самое позднее в 1174 году, продал свой итальянский лен Фридриху I. Позже (вероятно, в 1175 или 1176 году) он заклю- чил со своим племянником Генрихом Львом соглашение, согласно которому тот должен был получить все швабское родовое достояние Вельфов за определенную денежную выплату. Но когда герцог не уплатил требуемую сумму, а император, напротив, предоставил деньги в распоряжение расточительного Вельфа, тот отме- нил (ок. 1179) соглашение с Генрихом и завещал свое достояние императору и его сыновьям. С 1177 года конфликты между Генрихом и его саксонскими противниками разго- релись с новой силой. Поводом для этого стало возвращение в свой диоцез епи- скопа Ульриха Хальберштадтского. Поскольку Генрих отказывался возвращать хальберштадтцам церковный лен, он был отлучен от церкви. Конфликт разрастал- ся: кёльнский архипископ Филипп Хейнсбергский заключил в начале 1178 года со- юз с епископом Хальберштадта и напал на вестфальскую область герцогства. Ко- гда император, впервые после своего возвращения, провел рейхстаг на немецкой земле в Шпейере, обе стороны предстали перед ним с жалобами. Теперь совершен- но отчетливо проявилась перемена в политике Фридриха, который уже не выступал как прежде в роли посредника между двумя противниками, а предоставил судебно- му процессу идти своим ходом. Он принял жалобы князей и, согласно земскому праву, в январе 1179 года пригласил герцога на один день в Вормс. Когда Ген- рих не явился, уже здесь было оглашено решение князей и швабской знати об объявлении его вне закона в том случае, если герцог продолжит отказываться от выполнения предъявленных ему требований. Так как Генрих не ответил и на по- следующие приглашения, на рейхстаге в Магдебурге в конце июня 1179 года он был подвергнут опале. Герцог еще раз попытался привлечь на свою сторону импе- ратора, но личные переговоры, состоявшиеся недалеко от Хандельслебена, были безрезультатными, поскольку Генрих отказывался выплатить назначенный импера- тором штраф в 5000 марок. Столкновения в Вестфалии и в Восточной Саксонии на- чалось заново: Генрих побудил вендов напасть на Лаузиц. В то же время импера- тор на втором ленно-правовом процессе предъявил герцогу иск, обвинив его в неуважении к Императорскому Величеству, проявившемся в игнорировании пригла- шения на земско-правовой процесс. Поскольку герцог не последовал троекратному приглашению и на этот второй процесс, в Вюрцбурге в январе 1180 года он по приговору князей был лишен имперского лена. Через год после объявления опалы, в июне 1180 года, он подвергся высшей степени опалы с полной потерей всех прав и достоинства. Еще раньше, на рейхстаге в Гельнхаузене в апреле 1180 года, начали заново распоряжаться его имперским леном. Герцогство Саксония было разделено: облас- ти Кёльнского и Падерборнского диоцезов в качестве нового герцогства Вестфа- лия были переданы Кёльнскому архиепископу Филиппу. Герцогом остальной саксон- ской территории был избран граф Бернхард фон Анхальт, младший сын Альбрехта Медведя. Пфальцграфу Оттону фон Виттельсбаху в сентябре 1180 года в Альтен- бурге была пожалована в лен Бавария. Штирийская марка как самостоятельное герцогство была отделена от Баварии и передана тогдашнему маркграфу Оттокару. Графы Андексские, бывшие до этого маркграфами Истрии, отныне наделялись титу- лом герцогов Хорватии, Далмации и Мерании. С объявлением исключительной опалы Генриху Льву началась общая имперская
война против него. Во время перехода императора с войском в Саксонию осенью 1180 года в стране повсеместно начался мятеж. Генриху удалось удержать свою власть лишь на правобережье Эльбы и в Северной Саксонии, но вскоре он потерял и эту территорию. В августе 1181 года сдался Любек, который получил статус имперского города. В лагере под Любеком наряду с Вальдемаром I Датским появи- лись также князь ободритов Никлот Верлейский и поморский князь Богислав, на- мереваясь получить в лен от Фридриха свои страны. Одна из дочерей короля Вальдемара была обручена с младшим сыном императора Фридрихом Швабским. Ген- рих Лев вынужден был отказаться от сопротивления и подчиниться на рейхстаге в Эрфурте в ноябре 1181 года. Он отказался от своего имперского лена, но из своего аллода получил назад Брауншвейг и Люнебург. Кроме того, он принужден был вначале отправиться в изгнание. Летом 1182 года он отбыл к своему тестю Генриху II Английскому. Во время Майнцского хофтага 1184 года ему удалось на некоторое время, а в 1185 году уже окончательно вернуться в Германию. Падение Генриха Льва имело для истории империи далеко идущие последствия. Насколько необходимым для интересов штауфеновской короны и для созидания им- перии было устранение власти Вельфов, вышедшей за рамки герцогской, настолько же вредным на первых порах для продолжения немецкой колонизации в районе Нор- дальбингии было разрушение сильной государственной власти, которую Генрих создал на северо-востоке империи. Новый герцог Бернхард не обладал такой си- лой, чтобы добиться здесь признания. Таким образом, центр тяжести в Балтий- ском регионе вскоре переместился в Данию. Кнут VI, который в 1182 году сменил на королевском троне своего отца Вальдемара, несмотря на многочисленные при- зывы, отказался принести императору клятву ленника. Он продолжил политику своего отца в Передней Померании ив 1184 году вынудил Богислава Поморского признать свой сюзеренитет. Еще важнее были последствия для внутреннего разви- тия империи. Поражение Вельфа пошло на пользу скорее князьям, чем император- ской власти. Только с их помощью император смог покорить герцога. Разгром двух последних племенных герцогств Саксонии и Баварии был решающим шагом на пути к территориализации империи. С этим было теснейшим образом связано изме- нение сословия имперских князей. Из более или менее крупной, прежде не раз- граниченной четко группы имперских князей теперь выходит «новое сословие им- перских князей», к которому относятся лишь те, кто получил свой лен непосред- ственно от короля. Если использование ленного права в судебном процессе сде- лало возможным даже окончательное усмирение герцога, то теперь оно все силь- нее выступает как право, определяющее развитие империи. По требованию князей Фридрих вынужден был заново раздать подлежащий возвращению феодалу имперский лен. Но в правовом смысле такой принудительной раздачи лена не существовало. Не королевская власть, а князья вышли победителями из борьбы с Генрихом Львом. Глава 43. Констанцский мир и шестой итальянский поход После падения Генриха Льва император находился на вершине своего могущест- ва. Авторитет, которым императорская власть Штауфенов в то время пользовалась далеко за пределами Германии, ярко продемонстрировало придворное празднество, организованное императором на Троицу 1184 года в Майнце по случаю посвящения в рыцари обоих его сыновей — Фридриха и Генриха. Придворно-рыцарская культура эпохи Штауфенов во время этого Майнцского празднества, в котором, по оценкам современников, приняли участие 40 000 или даже 70 000 человек, продемонстри- ровала свой наивысший расцвет. Столь сильная поддержка императора в Германии позволила внести окончательную ясность и в отношения в Италии. Когда достиг- нутое Венецианским миром шестилетнее перемирие с ломбардскими городами при-
близилось к концу, были начаты новые переговоры, которые вначале столкнулись с серьезными проблемами. Особенно спорным был вопрос о признании города Алес- сандрия, решенный в марте 1183 года особым соглашением. Город покорился и формально был основан во второй раз, но уже под названием Чезареа, а жители города принесли клятву верности императору и его сыну. После того как 30 ап- реля 1183 года условия мирного соглашения были закреплены клятвой в Пьяченце, 25 июня в Констанце мирный договор был ратифицирован. Император отказывался в этом Констанцском мире от проведения Ронкальских решений. Регалии были час- тично переданы городам, частично выкуплены ими за ежегодную компенсацию в 2000 марок. Кроме того, города обязаны были выплатить одноразовые отступные в сумме 15 000 марок. Ломбардская лига была признана и подкреплена его членами клятвой верности на 30 лет. Сюзеренитет империи над городами сохранялся за счет того, что хотя им и разрешалось самим избирать консулов, но те каждые пять лет должны были заново утверждаться императором. Формально император ос- тавался верховным судьей: к нему можно было обращаться по всем более или ме- нее важным правовым вопросам. Однако существеннее этих правовых вопросов были политические уступки городов: все члены лиги должны были принести императору клятву верности и обязывались поддерживать его в охране и восстановлении прав и владений империи в Ломбардии за пределами лиги, а также выплачивать импера- тору военный налог (fodrum) при прохождении императорского войска. Таким об- разом, Констанцский договор в целом означал, несмотря на все уступки импера- тора, успех Фридриха. Основа для осуществления императорской власти в Италии, насколько это совпадало с интересами городов, была сохранена. По всей Италии императору открывалась возможность проведения новой террито- риальной политики. После отказа Вельфа VI от имперского лена в Италии эти об- ласти в будущем могли быть предоставлены в непосредственное распоряжение им- перии благодаря управлению имперскими министериалами. Все имперское достояние в Италии находилось в подчинении у легата. Изначально эту должность занимал архиепископ Христиан Майнцский, позже — имперские министериалы Штауфенов. Не- решенным оставался еще вопрос о владениях Матильды, которые согласно Венеци- анскому договору в течение 15 лет сохранялись за императором, но формально считались собственностью курии. Фридриху не хотелось выпускать из рук эту важную опору в Италии. Поэтому он предложил преемнику Александра III Луцию III (1181-1185 годы), который был уже в преклонном возрасте, оставить эти владения империи, но обязывался за это выплачивать папе и кардиналам десятую часть всех нынешних и будущих доходов империи в Италии. Этот план ставил ку- рию в финансовую зависимость от императорской власти, означая, таким образом, уменьшение самостоятельности папства. Поэтому Луций отклонил предложение им- ператора. Напряженность в отношениях еще более обострилась в связи с двойным архиепископским избранием, до которого тогда же дошло дело в Трире. Потерпев- ший поражение кандидат Фольмар подал курии апелляцию, хотя Фридрих I совершил инвеституру архиепископа Рудольфа, избранного большинством. Наконец, импера- тор потребовал от папы уже теперь короновать императорской короной как сопра- вителя своего сына Генриха (подобно сделавшему это некогда Оттону II) . Это требование вызвало особое недовольство кардиналов. Для урегулирования всех этих вопросов Фридрих организовал в сентябре 1184 года свой шестой и последний итальянский поход. В октябре он встретился в Ве- роне с Луцием III. Хотя император обещал организовать крестовый поход и под- держал борьбу церкви с еретиками, угрожая применить к ним опалу, эта встреча не имела результата. Неудача переговоров была обусловлена также тем, что Фридрих принципиально изменил свою итальянскую политику. 29 октября 1184 года в Аугсбурге состоялась помолвка девятнадцатилетнего короля Генриха VI и три- дцатилетней Констанции Сицилийской, дочери Рожера II. Подробности перегово- ров, которые привели к этой помолвке, неизвестны. Для Фридриха решающим мо-
ментом было, конечно, желание создать предпосылки для успешной политики в Се- верной и Средней Италии, заключив мир с норманнской державой. Племянник Кон- станции король Вильгельм II (1166-1189), который после смерти императора Ма- нуила (1180 год) намеревался продолжить агрессивную политику норманнов в от- ношении Восточной империи, нуждался в поддержке с Запада. Тогда еще нельзя было и предположить, что следствием этого штауфеновско-сицилийского матримо- ниального союза будет объединение двух держав. Уже несколько лет Вильгельм II был женат на Иоанне, дочери Генриха II Английского, и никто не мог ожидать, что этот брак будет бездетным и молодой король вскоре умрет. После получения известия об этой помолвке в коллегии кардиналов верх одер- жала оппозиция, выступавшая против соглашения с Фридрихом I. В ноябре 1184 года были прерваны безрезультатные переговоры в Вероне. Теперь Фридрих начал действовать в Северной Италии иным образом и в начале следующего года заклю- чил союз с Миланом. Таким образом он хотел привлечь на свою сторону старых противников императора. В январе 1186 года в Милане была отпразднована свадь- ба Генриха VI и Констанции. При этом Генрих был коронован патриархом Аквилеи как король Италии и, вероятно, возвышен до императорского ранга, будучи про- возглашен цезарем. Скрытая напряженность в отношениях между императором и курией обострялась еще и тем, что после смерти Луция III (25 ноября 1185 года) папский престол занял ярый противник Фридриха I, бывший архиепископ Милана Урбан III. И хотя прерванные в Вероне переговоры были возобновлены, папа, однако, создал новый повод для конфликта, поставив под сомнение входившее до сих пор в обычную практику право императора распоряжаться имуществом и регалиями умерших клири- ков . Так он надеялся заручиться поддержкой немецкого епископата. Трирский конфликт он тоже решил в пользу Фольмара и рукоположил его в сан, хотя тот не получил регалии от императора. В ответ на это Фридрих приказал своему сыну Генриху войти с войском в Папскую область, которая вскоре была полностью ок- купирована . Урбан, в свою очередь, вступил в союз с архиепископом Филиппом Кёльнским, который в последние годы вел крайне своевольную политику. Это при- вело к возникновению оппозиции в Германии, к которой присоединились и некото- рые из светских князей, возможно даже и Генрих Лев. Перед лицом такой угрозы император вынужден был летом 1186 года вернуться в Германию. Глава 44. Последние конфликты в Германии. Крестовый поход и смерть Фридриха I Оппозиция, которая сформировалась в Германии в отсутствие императора, пред- ставляла особую опасность еще и потому, что архиепископ Филипп Кёльнский пы- тался войти в сношения с Францией. Враждебную позицию занял также король Кнут VI Датский, чью сестру Фридрих I из-за неуплаты приданого, обещанного к ее свадьбе с Фридрихом Швабским, отослал обратно в Данию. Поэтому большим успе- хом императора было то, что ему удалось уже на рейхстаге в Гельнхаузене в но- ябре 1186 года изолировать Филиппа Кёльнского. Большая часть немецкого епи- скопата встала на его сторону. Император воспользовался также противостоянием Англии и Франции, чтобы в мае 1187 года заключить союз с Филиппом II Авгу- стом, который с 1180 года правил Францией и хотел освободиться из окружения англо-норманнской Анжуйской державы. Это лишило Филиппа Кёльнского внешнепо- литической поддержки и вынудило его, наконец, в марте 1188 года, подчиниться. Еще раньше, 19 октября 1187 года, уже поставленный дипломатией Фридриха I в безвыходное положение, скончался Урбан III. После короткого понтификата при- мирительно настроенного Григория VIII кардиналами был избран на папский пре- стол Климент III (1187-1191) — личность, все усилия которой были направлены
на достижение мира с империей. Трирский вопрос был разрешен возведением на место обоих раннее избранных архиепископов королевского канцлера Иоганнеса. Основной темой переговоров с курией оставался вопрос о Папской области, все еще оккупированной Генрихом VI. По Страсбургскому договору от апреля 1189 го- да она была возвращена папе, но с условием, что тот венчает Генриха на импе- раторский трон. Было отложено решение принципиального территориального спора о владениях Матильды. Папа отказался от выполнения условий Венецианского ми- ра, а император — от категорического требования признать свой владельческий статус. Тем самым он получил земли в фактическое распоряжение. На мирные переговоры тех лет оказывали сильное влияние последние события в Палестине. Турки-сельджуки под предводительством султана Саладина возобновили нападения на государства крестоносцев. В июле 1187 года они разбили рыцарское войско христиан при Хаттине на Генисаретском озере и еще в октябре того же года завоевали Иерусалим и другие святые места христиан. Известия об этих со- бытиях с новой силой разожгли движение крестоносцев в Западной Европе. Во главе его встал сам император. На Майнцском рейхстаге в марте 1188 года, ко- торый прямо был назван «хофтагом Иисуса Христа», крест приняли Фридрих I, его старший сын, тоже Фридрих (герцог Швабский), и многие представители знати. Начало крестового похода было назначено на весну 1189 года. Если Фридрих по- сле долгих раздумий решился на такой шаг, то он сделал это не только из рели- гиозного рвения, но и из убежденности, что императору как главе христианского мира вменяется в обязанность поднять меч против неверных. Освобождение Гроба Господня должно было стать венцом всей его жизни. Однако предпосылкой для крестового похода оставалось все-таки окончательное установление мира в Германии. В августе на хофтаге в Госларе император пред- ложил Генриху Льву либо за свой счет принять участие в крестовом походе, либо окончательно отказаться от части своих владений, при условии возвращения ос- тальных, либо снова на три года отправиться в изгнание. Генрих решился на по- следнее и в апреле 1189 года вновь отбыл в Англию. В отсутствие императора регентом в Германии был назначен Генрих VI. Его младший брат Конрад, женив- шийся год назад на Беренгарии, дочери короля Кастилии Альфонса VIII, получил роттенбургские владения Штауфенов, четвертый сын императора Оттон — Бургун- дию; младший сын Филипп был определен в духовное звание, став уже к тому вре- мени пробстом собора в Ахене. Крест в 1188 году приняли также Генрих II Анг- лийский и Филипп II Французский. Однако возобновление англо-французского во- енного конфликта, который был улажен только летом 1189 года, незадолго до смерти Генриха II, помешало англо-французскому участию в крестоносном пред- приятии. Только в 1190 году король Ричард Львиное Сердце, сын и наследник Генриха II, и король Филипп начали крестовый поход. С военной и политической точек зрения поход был хорошо подготовлен Барба- россой. В мае 1189 года войско вышло из Регенсбурга и через Венгрию прибыло в Византийскую империю, где оно перезимовало, претерпев разного рода затрудне- ния, чинимые новым императором Исааком II Ангелом. Весной следующего года крестоносцам удалось переправиться в Малую Азию и начать поход в глубь стра- ны. Наступление развивалось медленно, при тяжелых потерях. В мае при Иконии было разбито турецкое войско. Уже перешли Киликийское предгорье и достигли Армении, когда 10 июня 1190 года император нашел свою смерть в реке Салеф. В то время как часть рыцарей повернула назад, остальное войско под предводи- тельством Фридриха Швабского двинулось дальше. Но через несколько месяцев у ворот Аккона (Акры) жизнь молодого герцога унесла эпидемия. В результате кре- стовый поход потерял характер преимущественно немецкого предприятия. Перевес при осаде Аккона, павшего только в июле 1191 года, был на стороне французских и английских рыцарей, которые под предводительством Филиппа II и нового анг- лийского короля Ричарда Львиное Сердце присоединились к крестоносному войску,
добравшись в Святую землю по морю. Аккон пал только в июле 1191 года. До Ие- русалима, конечной цели крестоносцев, они не дошли. Согласно трехлетнему пе- ремирию между королем Ричардом и Саладином крестоносцам досталась лишь узкая прибрежная полоса, а паломникам предоставлялся свободной вход в Иерусалим. Бюстовое изображение, которое, вероятно, в 1156 году Барбаросса вместе с серебряной чашей подарил своему крестному отцу Оттону фон Каппенбергу и кото- рое имеет портретное сходство с императором, а также его многочисленные при- жизненные изображения дают нам полное представление о внешности и характере монарха. Из-за его светло-рыжих волос ему было дано прозвище Барбаросса. Об- раз и личность императора олицетворяют рыцарский идеал той эпохи. Смерть в крестовом походе прославила его среди потомков. Ничего удивительного нет в том, что для будущих поколений он стал символом устремленности и надежды. Не- мецкая легенда об императоре, ожидания его возвращения в будущем, изначально связывавшиеся с образом его внука Фридриха II, с начала XVI века относились и к Фридриху I. Статуя императора Фридриха I Барбароссы у горы Кифхойзер. Отрос- шая борода императора оплетает трон. В новейшей историографии время Барбароссы долгое время считалось кульмина- цией имперской эпохи в Германии. Напротив, в ряде современных работ его прав- ление рассматривается как «анахроничное» и «регрессивное», так как он проти- вился новым духовным силам своего времени, что и стало причиной трагедии Свя- щенной империи. Подобная оценка его деятельности неоправданна. Насколько сильно Фридрих I был связан с традиционным идейным миром германской королев- ской власти, настолько же он все-таки не был реакционером, которого интересо- вало только восстановление устаревшего политического порядка. Путь, по кото- рому он шел, осуществляя программу «reformatio imperii», был во многом уст- ремлен , как в Германии, так и в Италии, в будущее. Но не в его воле или не в его власти было коренное преобразование правовых или социальных условий эпо- хи.
Глава 45. Начало правления Генриха VI Генириху VI было 23 года, когда летом 1189 года он принял регентство, начав править за своего отца. Уже внешне он отличался от Фридриха I и других Штау- фенов, будучи маленького роста и хрупкого телосложения. Но и по характеру он был во многом не похож на своего отца. Его духовно одаренная, многосторонняя личность несла в себе некую внутреннюю противоречивость. Предполагаемый сочи- нитель глубоких, чувственных песен о любви, в области политики и дипломатии он проявлял свою твердую, порой даже жестокую натуру, которая не чуждалась и вероломства. Уже первые месяцы его правления поставили перед ним трудную задачу. В ок- тябре 1189 года, нарушив свои обещания, в Саксонию вернулся Генрих Лев, чтобы восстановить здесь свое прежнее господство. В этом он нашел поддержку не только в вельфских областях вокруг Брауншвейга и Люнебурга, но и у архиепи- скопа Хартвига II Бременского, а также в Нордальбингии. Поскольку граф Адольф III Гольштинский, сторонник императора, покинул страну, чтобы принять участие в крестовом походе, Генриху удалось быстро захватить большинство укрепленных пунктов страны. Даже Любек вынужден был капитулировать, только Зегеберг пока держался. На левобережье Эльбы в руках Вельфов оказался Бардовик и был разру- шен. В октябре на рейхстаге в Мерзебурге Генрих провозгласил поход против герцо- га как врага империи. Однако успеху предприятия помешала зима. Только весной 1190 года противникам Вельфов сопутствовала удача в сражениях у Любека и Зе- геберг а . Среди этой смуты смерть Вильгельма II Сицилийского (18 ноября 1189 года) создала новую, неожиданную ситуацию. Поскольку у него не было детей, то за- конными претендентами на королевский трон были его тетя Констанция со своим супругом Генрихом VI. На материке в пользу нового правителя высказалась на съезде в Трое знать Апулии. Против поднялась национальная партия в Сицилии, которая избрала королем Танкреда Леччейского, сводного брата умершего короля, происхождение которого было спорным. Такая «национальная» королевская власть должна была оказаться весьма желательной для папской курии. Она давала воз- можность помешать опасному для папства союзу сицилийской державы с германо- римским королевством и империей. Поэтому папа Климент III освободил всю сици- лийскую знать от присяги на верность. С его согласия архиепископ Палермо в январе 1190 года короновал Танкреда. Генрих VI не собирался отказываться от притязаний на наследство своей суп- руги. Таким образом, борьба за Сицилию была неизбежна. Поэтому король решился на временное перемирие с Вельфами. Поскольку Генрих Лев после неудач его сто- ронников был готов к примирению, то при посредничестве архиепископов Майнца и Кёльна в июле 1190 года был заключен мир в Фульде. Генрих Лев получил полови- ну имперских доходов в Любеке в качестве королевского дара, в то время как другая половина осталась за графом Адольфом III Гольштинским. Однако взамен предписывалось разрушить укрепления городов Брауншвейг и Люнебург. Затем гер- цог должен предоставить королю в качестве заложников своих сыновей Генриха и Лотаря. Лотарь вскоре умер, а молодой Генрих сопровождал короля в итальянском походе. Известие о смерти Фридриха I сделало невозможным немедленное выступление в Италию. Только в январе 1191 года Генрих VI со своим войском прибыл в Ломбар- дию. Тем временем Танкреду удалось еще более укрепить свои позиции в королев- стве Сицилия. Попытки воздействия императорских легатов на Южную Италию летом 1190 года оказались безуспешными. В сентябре 1189 года английский король Ри- чард Львиное Сердце и Филипп II Французский по пути на Восток остановились со
своими крестоносцами в Сицилии и перезимовали в Мессине. Ричард Львиное Серд- це, зять умершего сицилийского короля, как казалось сначала, намеревается воспользоваться случаем, для того чтобы закрепиться в Сицилии. Однако позже он решил заключить с Танкредом оборонительный и наступательный союз (ноябрь 1190 года). Этот союз с Англией настолько укрепил позиции Танкреда, что в ап- реле 1191 года он смог выступить против Апулии с целью покорения местной зна- ти и начала борьбы против Штауфенов. На сторону Генриха VI встали, прежде всего, города Северной Италии. В фев- рале он отправился через Апеннины на юг, чтобы сначала получить императорскую корону, которую пообещал ему папа Климент. Но тут в марте 1191 года папа скончался, его преемником стал почти девяностолетний Целестин III, старейший из кардиналов. Он был противником сицилийской политики Генриха VI и с непре- клонной твердостью отстаивал, вопреки ему, позицию курии, не доводя, однако, дело до открытого конфликта. Он проводил политику сдерживания. Возможно, для того чтобы уклониться от коронации Генриха VI, он отложил собственное посвя- щение в сан. Но Генрих нашел общий язык с римлянами, которым он отдал проим- ператорски настроенный город Тускулум, врага Рима, и добился своего. В пас- хальное воскресенье (14 апреля 1191 года) Целестин распорядился посвятить се- бя в сан, а на следующий день он короновал Генриха VI императорской короной. Тускулум, покинутый имперским гарнизоном, был разорен римлянами. Этот отказ от союзного города характерен для часто неблаговидной политики Генриха. Наперекор предостережению папы, император продолжил свой поход на юг. В мае он начал осаду Неаполя, одновременно заблокированного с моря флотом пизанцев, но город выстоял. С нарастанием летней жары в немецком войске распространи- лись болезни. После того как тяжело заболел сам император, молодой Вельф Ген- рих, сын Генриха Льва, тайно покинул войско и с известием о том, что импера- тор якобы скончался, вернулся в Германию. В августе император был вынужден прервать осаду Неаполя и вывести свои отряды в Ломбардию. В Милане он встре- тился с Филиппом II Французским, возвращавшимся из Святой земли, и возобновил штауфеновско-капетингский союз. Затем в конце 1191 года он проследовал обрат- но в Германию. Начинавшийся со столь большими ожиданиями поход в Италию за- кончился неудачно. В Салерно Танкредом была даже захвачена в плен императрица Констанция. Теперь и папа Целестин преодолел свою первоначальную сдержан- ность . Он признал Танкреда, пожаловал ему в лен Сицилию и заключил с ним бла- гоприятный для курии конкордат. Глава 4 6. Конфликты в Германии в 1192-1194 гг По возвращении в Германию император застал здесь тяжелую ситуацию, которая продолжала обостряться. В ответ на известие о мнимой смерти императора летом 1191 года вновь разгорелись конфликты в Саксонии. Со смертью архиепископа Вихмана Магдебургского летом 1192 года император потерял свою главную опору в этих землях. Его высокомерное поведение заставило многих его сторонников, включая герцога Бернхарда Саксонского, перейти в лагерь противника. Не менее опасное противостояние возникло тогда же на Нижнем Рейне. Здесь император своими резкими действиями при новых назначениях во многих епископ- ствах также создал себе многочисленных врагов. Правда, в Кёльне он предоста- вил инвеституру избранному соборным капитулом архиепископу Бруно фон Бергу, хотя более приемлемым для него кандидатом был первоначально намечавшийся им на это место Лотарь фон Хохштаден. И, напротив, тем решительнее настаивал он на своем во время избирательного конфликта в Люттихском (Льежском) епископст- ве. Здесь противоборствовали две партии — геннегауская и брабантская. Боль- шинство капитула избрало епископом архидьякона Альберта, брата герцога Генри-
ха I Брабантского, меньшинство — пробста Альтерна из рода Геннегау. Когда обе стороны обратились к императору, то на рейхстаге в Вормсе в январе 1192 года он неожиданно вынес приговор, отменявший результаты обоих выборов и переда- вавший епископство Лотарю фон Хохштадену. Альберт Брабантский в самой резкой форме выразил протест против решения императора, отправился к папе Целестину III и был им утвержден в должности епископа. Он, однако, не смог вернуться в свое епископство, вынужден был искать убежище у архиепископа Реймского, но был убит там немецкими рыцарями. Император был несправедливо обвинен в этом убийстве. Правда, он принес очи- стительную клятву, но, поскольку не наказал строго убийц, остался под подоз- рением. Последствия оказались роковыми. Почти все князья среднего и нижнего Рейна, прежде всего архиепископы Майнца и Кёльна, герцоги Брабантский и Лим- бургский, а также многие графы заключили союз против него. Даже герцог Церин- генский и Оттокар I Богемский вступили в эту антиимператорскую коалицию. В Баварии также начались беспорядки. На стороне Генриха VI оставались, в сущно- сти, лишь герцогство Швабия, которое после смерти Фридриха Швабского во время крестового похода перешло к его и Генриха младшему брату Конраду, а также герцог Леопольд Австрийский и штауфеновский имперский министериалитет. Про- тивники же императора нашли поддержку не только в Англии и Сицилии, но и у курии. Таким образом, положение Генриха к началу 1193 года было весьма угрожаемым, пока неожиданный счастливый случай не спас его от всех бед. Король Ричард Львиное Сердце из-за своего поведения во время третьего крестового похода при осаде Аккона оказался в остром конфликте с Филиппом II Французским, своим сеньором. Поэтому на встрече Генриха VI и Филиппа II в Милане в 1191 году была заключена договоренность о пленении английского короля после его возвра- щения из Святой земли. Леопольд Австрийский также был во вражде с королем Англии, так как тот приказал сорвать знамя Бабенберга, которое Леопольд во- друзил в лагере перед городом после капитуляции Аккона, чтобы утвердить свои претензии на трофеи. Возвращаясь из Святой земли, Ричард попытался, невзирая на все опасения, проехать через Германию, поскольку французские гавани были для него закрыты. При этом он потерпел кораблекрушение в Аквилее и в декабре 1192 года недалеко от Вены, после продолжительного преследования, попал в ру- ки герцога Леопольда, который заключил его в своем замке Дюрнштейн и повел переговоры с императором о выдаче Ричарда. После того как ему была обещана половина определенного сначала в 100 000 марок выкупа, Леопольд передал импе- ратору своего пленника, которого теперь держали в замке Трифельс. Под угрозой выдать его Филиппу Французскому император вынудил английского короля согла- ситься на этот выкуп. Кроме того, Ричард обязывался оказать императору помощь в борьбе против Танкреда. В связи с задержкой выплаты выкупа сумма в резуль- тате дальнейших переговоров была увеличена на 50 000 марок, но зато король освобождался от личного участия в походе против Сицилии. Теперь не только Фи- липп Французский, но и родной брат Ричарда Иоанн хотел помешать его освобож- дению. Поэтому императору удалось ужесточить свои требования и добиться от Ричарда уступки, которая заключалась в том, что тот принимает от него в лен английское королевство за годовую подать в 5000 фунтов и приносит императору ленную присягу. Только после выплаты полной суммы выкупа 4 февраля 1194 года Ричард был отпущен и смог вернуться в Англию. Пленение английского короля лишило германскую оппозицию важнейшей внешнепо- литической поддержки. И, прежде всего, сам Ричард во время своего почетного годичного плена в Германии старался добиться примирения между императором и его противниками. Нижнерейнская оппозиция оказывалась во все большей изоляции и, наконец, распалась. В начале 1194 года наступило примирение и с домом Вельфов. Генрих Браун-
швейгский, старший сын Генриха Льва, тайно обвенчался с Агнессой, дочерью Конрада, штауфеновского пфальцграфа Рейнского. Император, который до этого полагал, что ему удастся при помощи брака его кузины Агнессы с Филиппом II Французским укрепить штауфеновско-французский союз, в конце концов сдался и одобрил этот брак молодого Вельфа и представительницы штауфеновского дома. Тем самым, правда, Штауфены потеряли надежду удержать во власти своей фамилии Рейнское пфальцграфство. Однако, с другой стороны, это создавало почву для соглашения между обоими родами. В марте 1194 года Генрих VI встретился в пфальце Тилледа в районе Киффхойзера с Генрихом Львом и заключил с ним мир. Через год, 6 августа 1195 года, герцог скончался в Брауншвейге в возрасте 66 лет. В том же году его сын Генрих, после смерти своего тестя Конрада Штауфе- на, стал правителем Рейнского пфальцграфства. Глава 47. Завоевание сицилийской державы. Генрих VI на вершине власти После триумфа императора над его немецкими противниками и Ричардом Львиное Сердце следующей целью имперской политики стало завоевание Сицилии. Англий- ские платежи способствовали всеобъемлющей подготовке этого итальянского похо- да, в который император отправился в мае 1194 года. Положение в Италии стало для него более благоприятным еще и потому, что 20 февраля 1194 года в Палермо скончался король Танкред. Поскольку тогда же умер старший сын Танкреда Рожер, оставался только несовершеннолетний сын Вильгельм, который был провозглашен королем под опекунством своей матери, но не мог считаться опасным противником для Генриха. После краткого пребывания в Северной Италии, где к императорско- му войску присоединились дополнительные силы, император летом смог начать по- ход на юг. В стремительном, победоносном наступлении он овладел материковой частью. Салерно был разрушен в отместку за предательское пленение императри- цы. Благодаря поддержке генуэзско-пизанского флота под предводительством им- перского стольника Маркварда фон Аннвейлера удалось вскоре завоевать и столи- цу страны Палермо. Император вступил сюда 20 ноября 1194 года. После того как вдова Танкреда Сибилла и ее сын выдали корону и огромные ценности норманнов, Генрих в день Рождества в соборе Палермо был торжественно возведен на трон короля Сицилии. На следующий день, 26 декабря, его сорокалетняя супруга Кон- станция в Еси в марке Анкона, где она была оставлена, родила сына. Вначале его назвали Константином, но при крещении он получил имена обоих своих дедов — Фридриха и Рожера. Генрих VI находился на вершине своего могущества. Объе- динение двух держав, казалось, должно было обеспечиваться давно искомым на- следованием трона, в том случае, если удалось бы внедрить династический на- следственный принцип сицилийского норманнского государства также и в Герма- нии. Когда через несколько дней после коронации в Палермо был раскрыт заговор, Генрих выслал семейство Танкреда и его главнейших сторонников в Германию. Со- кровища сицилийского трона были перевезены в Трифельс. На большом рейхстаге в Бари в марте 1195 года были заново урегулированы отношения в королевстве Си- цилия. Констанция была назначена регентшей страны. Наместником при ней стал Конрад фон Урслинген, представитель благородного швабского рода, которому в 1177 году еще Барбаросса пожаловал титул герцога Сполето. Центр тяжести гер- манской власти, как и прежде, располагался в Средней Италии. Младший брат Генриха Филипп, которого в 1193 году лишили его духовного сана, был на рейхс- таге в Бари назначен герцогом Тусции и управляющим достоянием Матильды. Еще интенсивнее, чем его отец, Генрих VI использовал немецких министериалов для
укрепления своей власти в Италии. Стольник Марквард фон Аннвайлер был возве- ден в достоинство маркграфа Анконы и герцога Романьи. Император доверил ему и своего юного сына Фридриха. На важные посты были также назначены штауфенов- ские имперские министериалы, такие как маршал Генрих фон Кальден, кравчий Генрих фон Лаутерн и Конрад фон Лютцельбах, которым были переданы и владения непокорной знати в норманнской державе. Подобным же образом Генрих стремился расширить власть дома Штауфенов в Гер- мании. После смерти Вельфа VI (15 декабря 1191 года) к нему перешло наследст- во Вельфов в Южной Германии (см. гл. 42). Он передал его своему брату Конра- ду, герцогу Швабскому. Когда в 1196 году тот скончался, Генрих передал гер- цогство Швабское своему младшему брату Филиппу. Генрих также пытался укрепить королевскую власть на востоке Средней Германии. Еще в 1190 году, после смерти во время крестового похода ландграфа Людвига III Тюрингского, он хотел изъять его земли как подлежащие возврату сеньору. Эта попытка натолкнулась тогда на сопротивление брата Людвига Германа. И, напротив, императору удалось после смерти маркграфа Альбрехта Мейсенского (1195 год) удержать за империей его маркграфство. Однако цели Генриха распространялись далеко за пределы Германии и Италии. Все отчетливее в те годы становились планы распространения сюзеренитета импе- рии на другие государства. Впрочем, Генриху VI вряд ли можно приписать «планы мирового господства». Но по примеру Англии, ставшей леном империи, он попы- тался поставить в определенные отношения зависимости Францию, не помышляя при этом о сеньориальной власти над нею. Не реализовавшийся план пожаловать коро- левство Бургундию в лен плененному английскому королю уже явно был направлен против Франции. Позднее император продолжал подстрекать короля Ричарда Анг- лийского к дальнейшим конфликтам с Филиппом II. Этим он вынудил его перейти в ленную зависимость от империи. Но предположение, что император пытался вклю- чить в сферу своего господства королевство Арагон, не соответствует действи- тельности. Поскольку заключенный в 1188 году брак между братом Генриха Конра- дом и Беренгарией Кастильской был в 1191 году признан недействительным из-за близкого родства обоих супругов, Штауфены потеряли всякое влияние в Кастилии. Однако как преемнику норманнских королей Генриху удалось выдвинуть притязания на подчинявшиеся им области Тунис и Триполи. Возможность для этого сложилась благоприятная, так как альмохадский калиф ал-Мансур был сильно потеснен аль- моравидами. Поэтому он решил признать над собой сюзеренитет императора, со- гласившись выплачивать ему дань. Но, прежде всего, абсолютно новые возможно- сти открывались на востоке. Уже на Троицу 1194 года императору подчинился Лев, правитель Малой Армении, вассал восточно-римского императора, и обратил- ся к нему с просьбой предоставить лен и королевскую корону. Генрих пожаловал его посланникам в лен области в Сирии. В следующем году также через посланни- ков просил лен на свое государство и также получил его Амори Лузиньян, король Кипра. Еще важнее было то, что сама обстановка в Византии создала повод для вмеша- тельства. Во время взятия Палермо Штауфеном (1194 год) там находилась Ирина, дочь византийского императора Исаака Ангела, которая была помолвлена с умер- шим сыном Танкреда Рожером. Генрих VI помолвил ее со своим братом Филиппом и этим обеспечил притязания Штауфенов на византийское наследство. Ослепление и изгнание Исаака его братом Алексеем III дало императору новый повод для вы- ступления против узурпатора восточно-римского императорского трона в качестве поборника прав Филиппа и его будущей супруги Ирины. На рейхстаге в Бари он заявил, что хочет наконец-то отомстить империи за прежние интриги императора Мануила. За несколько недель до этого (31 марта 1195 года) он торжественно принял крест. Император надеялся при помощи такого плана крестового похода прийти к примирению с папой Целестином III. Однако задачей крестового похода
было не только освобождение Святой земли. За этим стояли старые норманнские планы экспансии в Восточном Средиземноморье, а возможно, и цель востановить единство старой Римской империи путем завоевания Восточной Римской империи. Но прежде чем осуществить эти далеко идущие планы, необходимо было обеспечить собственное династическое наследование. С этой целью Генрих в июне 1195 года еще раз вернулся в Германию. Глава 48. План имперского престолонаследия, выдвинутый Генрихом VI. Смерть императора Последнее, годичное пребывание Генриха VI в Германии (с июля 1195 по июнь 1196 года), полностью прошло под знаком подготовки к крестовому походу и уре- гулирования престолонаследия в империи. Широкий резонанс имела крестоносная проповедь папских легатов, которые вместе с императором прибыли в Германию. На рейхстагах в Гельнхаузене (октябрь 1195 года) и в Вормсе (декабрь 1195 го- да) крест приняли многие князья. Начало похода было назначено на Рождество 1196 года. На Вормсском рейхстаге император также пытался добиться избрания германским королем своего сына Фридриха, не достигшего еще и годовалого воз- раста, но при этом столкнулся с несогласием князей. Спустя несколько месяцев, на хофтаге в Майнце (конец февраля 1196 года), он выступил перед князьями с очень далеко идущим предложением. Выдвинутый им план имперского престолонас- ледия должен был навечно установить связь между Германией и Сицилийским коро- левством. Германское королевство должно было стать наследуемым согласно им- перскому закону. Взамен Генрих предлагал наделить светских князей правом на- следования их имперских ленов по мужской и женской линиям, а в случае отсут- ствия прямых наследников — передачи их по боковой линии. Духовные князья должны были удовлетвориться отказом короля от права наследования церковного имущества священнослужителей. Империи это предложение, несомненно, давало су- щественные преимущества: благодаря родовому наследованию королевства была бы достигнута большая стабильность имперской политики. С другой стороны, приня- тие этого плана означало бы для немецких князей отказ от привилегии принимать решающее участие в имперском престолонаследии, за которую они постоянно боро- лись еще со времен конфликта вокруг инвеституры. Несмотря на это, императору на рейхстаге в Вюрцбурге в апреле 1196 года удалось привлечь на свою сторону большинство князей. Вместе с тем от предложения императора отказалась группа нижнерейнских и вестфальских князей под предводительством архиепископа Адоль- фа Кёльнского. Их сопротивление невозможно оказалось преодолеть и на новом рейхстаге в Майнце. Поэтому летом 1196 года Генрих, который считал этот план, несмотря на такое противодействие, принятым, на время прервал переговоры в Германии и отправил- ся в Италию, чтобы достичь соглашения с курией. За время его отсутствия на полуострове вновь прошли волнения. В Ломбардии возобновились конфликты между отдельными городами. Главными, однако, были претензии, предъявленные курией за злоупотребления имперской администрации в Средней Италии в отношении Пап- ской области и за самоуправство в сфере церковной политики в Сицилии. Остава- ясь до сентября в Северной Италии, Генрих, тем не менее, не сумел окончатель- но уладить конфликты между городами. После этого в ноябре он начал переговоры с папой, чтобы убедить его признать план престолонаследия, а также крестить и возвести на трон римского короля своего сына Фридриха. Во время этих перего- воров, которые затянулись надолго, Целестин сначала потребовал признать пап- ский сюзеренитет над Сицилией, а затем принести ему ленную клятву. Оба этих условия император отклонил, но сделал чрезвычайно почетное, по его словам, предложение, которое до сих пор ни одному папе не делал ни один из его пред-
шественников. В чем состояло это предложение, обращенное к курии, с уверенно- стью нельзя сказать. По сообщению английского клирика Геральда Камбрийскохю в его «Speculum ecclesiae» («Зерцале церковном»), Генрих предложил папе и ку- риалам финансовое обеспечение. Во всех епископских церквях империи папа и кардиналы должны были получить в распоряжение лучшие приходы. За это курия должна была отказаться от всех спорных владений за пределами Папской области. Гипотеза о том, что Генрих тогда сделал многообещающее предложение принять империю в лен от папы в форме инвеституры державой, не находит подтверждения в источниках. Несмотря на такое выгодное предложение, Целестин III отклонил его, как и выдвинутый императором план престолонаследия. Их осуществление увековечило бы заключение папского государства в тиски штауфеновской власти на севере и юге, что уничтожило бы государственную самостоятельность папства. Прежде всего, папство потеряло бы в будущем всякую возможность влиять на наследование гер- манского трона и тем самым отказалось бы от одной из целей, которой неустанно следовали все папы со времен Генриха IV. Позиция Целестина, отказавшего импе- ратору, усиливалась еще и тем, что среди немецких князей росло число против- ников плана имперского престолонаследия и что против него высказался княже- ский съезд в октябре 1196 года. Таким образом, император вынужден был совсем отозвать этот проект и освободить князей от согласия, высказанного ими на Вюрцбургском рейхстаге. Взамен он смог теперь настоять на том, чтобы в декаб- ре 1196 года князья избрали германским королем его почти уже двухлетнего сына Фридриха. План императора дать империи новый государственно-правовой порядок был сорван сопротивлением князей и курии. Избрание молодого Фридриха создало важные предпосылки для крестового похо- да. Однако его начало было отложено из-за восстания в Сицилии. Недовольство немецким господством и тяжелым налоговым прессом способствовало созреванию в рядах норманнских баронов плана убийства императора и выдвижения на его трон кого-либо из местных магнатов. Возможно, в этот заговор были посвящены курия и сама императрица Констанция. Когда в мае 1197 года поднялось восстание, им- ператора, находившегося в Мессине, предостерегли, и ему удалось избежать по- кушения. С помощью Маркварда фон Аннвейлера и Генриха фон Кальдена он подавил это движение и предал заговорщиков суровому суду. Тем временем успешно продолжалась дальнейшая подготовка к крестовому похо- ду. На Троицу 1197 года в Аугсбурге брат Генриха Филипп сочетался браком с Ириной. Императорское посольство вынудило императора Алексея III купить мир за ежегодную дань в 16 талантов. Сам крестовый поход готовился очень тщатель- но . Руководство походом должны были взять на себя епископ Конрад Хильдесхейм- ский и имперский маршал Генрих фон Кальден. Предприятие поддержали все при- морские государства Италии. И в тот момент, когда первые корабли крестоносцев вышли в море, случилась катастрофа — скончался император. С 1191 года он страдал недугом и 28 сентября 1197 года умер в Мессине от малярии, не дожив до 32 лет. Он нашел свой покой рядом с Рожером II в кафедральном соборе Па- лермо . На смертном одре император признал, что его несовершеннолетний сын не смо- жет продолжить его политику. Поэтому он дал своему верному сподвижнику Мар- кварду фон Аннвейлеру указание на предмет дальнейших переговоров с курией, чтобы его супруга Констанция и Фридрих от имени Сицилии присягнули на вер- ность папе, как это делали прежние норманнские короли. Чтобы обеспечить Фрид- риху наследование трона в империи, необходимо было сделать папе очередные ус- тупки и передать ему имущество Матильды, а также оккупированные части Папской области. Сам Марквард, который, видимо, был назначен регентом малолетнего Фридриха, должен был принести папе ленную клятву за управляемые им области Равенны и Анконы. Таким образом, при помощи серьезных уступок курии Генрих
надеялся и после своей смерти сохранить связь между империей и Сицилией. Со- бытия, последовавшие за кончиной императора, сделали невозможным осуществле- ние этих планов. Уже современники почувствовали, какую опасность для империи несет внезапная смерть Генриха VI. Это было самой серьезной катастрофой в истории немецкого средневековья, еще более роковой, чем ранняя смерть Оттона II и Генриха III. Придерживаясь линии своего отца, Генрих продолжал укреплять королевскую власть Штауфенов в Германии, а императорскую власть на Западе поднял на высо- ту, какой она до сих пор не достигала. Несмотря на распространявшееся уже по- всеместно сопротивление императору, тот преодолевал его твердой рукой. Но де- ло императора не могло быть завершено. Когда его сломила болезнь, оно опира- лось исключительно на его выдающуюся личность правителя. Его смерть активизи- ровала те силы, которые должны были создать новый политический порядок в Гер- мании и на Западе. Таким образом, 1197 год стал поворотным моментом в истории немецкой имперской эпохи. Глава 49. Духовная жизнь Германии в период ранних штауфенов. Возникновение рыцарской культуры в XII в Если духовная жизнь в период борьбы за инвеституру знаменовалась чертами кризиса и тревожности, то XII век несет на себе отчетливую печать духовного многообразия. Культура западного средневековья, определенная в своем развитии латинской культурой, еще раз демонстрирует многогранное богатство. Наряду с этим, впервые после заката античности, на Западе вызревает светская культура, достигающая в конце столетия своего наивысшего развития в литературе на раз- личных национальных языках. Ведущую роль в духовных устремлениях этой эпохи всецело играет романский мир. Сильные культурные импульсы, исходящие из Фран- ции и Италии, но частично также и из Англии, проявляются в Германии во многих областях. Однако на немецкой земле проявились и совершенно самостоятельные достижения, на которых эти влияния совсем или почти не сказались. Историография достигает своего наивысшего расцвета в произведениях выходца из дома Бабенбергов Оттона Фрейзингенского (ок. 1111/12-1158). Его закончен- ная в 1146 году «Chronica sive Historia de duabus civitatibus» («Хроника, или История о двух государствах») выходит далеко за жанровые рамки всемирных хро- ник, к которым принадлежит, и являет собой самодостаточное толкование мировой истории. Задаваясь вопросом о смысле истории, Оттон находит ключ к пониманию исторического процесса в учении Августина о двух «civitates» («градах», «го- сударствах») . Под впечатлением мрачных событий, относящихся ко времени напи- сания труда, хронист верит в скорое наступление конца света. В начатой в 1157 году «Gesta Friderici» («Деяния Фридриха») этот пессимизм сменился более оп- тимистическим настроением. Творчество земляка Оттона, Герхоха фон Рейхерсберга (ок. 1093-1169), еще всецело питается идейным наследием церковного реформаторского движения, про- грамму которого он намеревается осуществить даже в изменившихся исторических условиях. Поэтому и в многочисленных сочинениях, и в роли многолетнего на- стоятеля одного из монастырей он страстно борется против обмирщения клира и церковных злоупотреблений. Из его консервативной догматики проистекает его враждебность к ранней схоластике, одним из представителей которой в баварско- австрийских землях является, например, Петр Венский. Утонченности диалектиков он противопоставляет свое спекулятивное учение, в котором соприкасается с эк- зегетическим символизмом своего времени. Представителем этого немецкого символизма XII века является, в первую оче-
редь, Хильдегарда фон Бинген (1098-1179). В своих видениях «prophetissa teutonica» («тевтонская пророчица») дает таинственные образы сотворения мира и сил Вселенной. В очеловечении Христа для нее восстанавливался космический порядок, которому угрожали демонические силы. Труды Хильдегарды по медицине и естествознанию позволяют понять, что с этой визионерской силой у нее соедине- но глубокое постижение явлений природы, а также телесных и психических про- цессов человеческой натуры. Обладая такой широтой взгляда, Хильдегарда при- надлежит к самым выдающимся фигурам немецкой духовной жизни XII века, хотя из ее творчества очевидно, что в Германии тогда господствовала еще донаучная картина мира. Носителем новой светской культуры, которая появляется в XII веке помимо церковной, но в тесной связи с нею, становится, прежде всего, рыцарство. К рыцарскому сословию принадлежал каждый, кто нес военную службу на коне в тя- желых доспехах. Сформировалась новая служилая знать, которая включила в себя первоначально различные с точки зрения земского права сословия благородных и министериалов и стала новым сословием с особыми привилегиями и притязаниями. Впервые об «ordo equester maior et minor» («сословии всадническом старшем и младшем») заговорили в Германии при Лотаре III. Однако для причисления к ры- царскому сословию недостаточно было принадлежать к какому-нибудь рыцарскому роду высшего или низшего разряда и практиковать рыцарскую профессию: требо- вался особый ритуал посвящения в рыцари в форме удара мечом плашмя. Рыцарская форма жизни требовала не одной только постоянной военной жизни, она, прежде всего, исключала занятия любой деятельностью, несоединимой с честью сословия. Рыцарское сословие было явлением, характерным для всей Западной Европы, хо- тя его правовое и социальное положение в отдельных странах было различным. Решающим фактором его появления стала христианизация жизни воина в том значе- нии, какое она приобрела в крестоносном движении XI века с его идеей Священ- ной войны. Однако важным для формирования рыцарской культуры оказалось, в первую очередь, соприкосновение с миром Востока во время крестовых походов. Их результатом явилось не только расширение кругозора, но и знакомство с изы- сканными восточными формами жизни. Сравнение христианства с религиями Востока должно было пробудить мысль о толерантности, которая позднее отчетливо выра- зилась в образе «благородного язычника». Свой исходный пункт эта новая культура обрела в Южной Франции, чья знать первой получила возможность претворить в жизнь идеал «miles christianus» («христианского воина») в борьбе против ислама на испанской земле. В Германию она пришла из Фландрии и Брабанта, а также через Бургундию и Швабию. Центрами этого рыцарского стиля жизни стали крупные дворы. Первый известный в Германии турнир, как сообщается в «Деяниях Фридриха» Оттона Фрейзингенского, был про- веден штауфеновскими герцогами Фридрихом и Конрадом перед воротами Вюрцбурга. Новый жизненный идеал способствовал возникновению собственно рыцарской эти- ки. И хотя нельзя говорить об устойчивой рыцарской системе добродетелей в смысле строго нормативной этики, все-таки необходимо было руководствоваться в жизни определенными кардинальными добродетелями. Сюда относятся прежде всего «maze» (умеренность) — мудрое самоограничение, «staete» (стойкость) — вер- ность себе и своим обязательствам, в то время как «zucht» (воспитанность) — понятие, объединяющее два предыдущих, — обозначало полную гармонию внутренне- го и внешнего в человеке. Но рыцарь также должен был доказать наличие «ere» (чести), «triuwe» (верности), «recht» (справедливости) и «milte» (щедрости). Символ истинной рыцарственности — «hohe muot» (высокий дух, мужество). Выра- жением рыцарских взглядов является служение Даме, почитание замужней женщины как госпожи. Благодаря «hohe minne» (возвышенной любви) женщина из обыденной жизни возносится в почти культовые дали, уподобляется коронованной особе. Немецкая поэзия с середины XII века несет на себе отпечаток этого рыцарско-
го идеала. Если до сих пор она существовала под знаком отстраненности от мир- ской суеты, то начиная с «Императорской хроники» регенсбургского клирика и с романа об Александре священника Лампрехта (оба произведения закончены около 1150 года) происходит явный перелом. «Императорская хроника» по своему замыс- лу — все еще типично духовное произведение, но темой ее является светский ма- териал — история Римской империи, последней из четырех мировых монархий. Ро- ман об Александре — это переложение на немецкий язык французского романа в стихах, пока еще в виде простого перевода. Ярче рыцарский мир выступает уже в «Короле Ротере» — стилизованной под героический эпос истории сватовства Роже- ра II. Это произведение появилось вскоре после 1150 года в окружении Вельфа VI, дружественно настроенном в отношении норманнов. В еще большей степени ры- царским духом наполнена «Песнь о Роланде», которую в 1170 году по образцу французской «Песни о Роланде» сочинил в Регенсбурге священник Конрад, капел- лан Генриха Льва. Впрочем, и здесь картина рыцарства сохраняет сильный мона- шеский оттенок. На рубеже раннекуртуазной и высокой куртуазной эпох распола- гается фигура Генриха фон Вельдеке, происходившего из местности неподалеку от Лимбурга на нижнем Рейне и заложившего основы придворной эпики своей «Энеи- дой» (первая редакция — 1174 год) , прототипом которой был французский роман об Энее. Тогда же Эйльхард фон Оберг, вельфский министериал из Хильдесхейма, своим «Тристаном» открыл немецкой поэзии мир бретонского любовного романа. В «Луцидариусе», подобном средневековым «суммам», брауншвейгские священники по распоряжению Генриха Льва собрали в переложении на немецкую прозу все знания той эпохи. С 1160 года стихами Кюренбергера и Дитмара фон Аиста утверждается рыцарская любовная лирика, еще без культа Дамы, характерного для более позд- ней куртуазной поэзии. Фридрих фон Хаузен, павший в Третьем крестовом походе, становится первым представителем придворного миннезанга. Для изобразительного искусства Германии определяющим в XII веке по-прежнему остается романский стиль. В церковной архитектуре закрепился свод. В Северной Германии сводчатые потолки впервые частично использованы при строительстве основанной Лотарем III церкви в Кёнигслуттере (1135 год). Собор в Брауншвей- ге, возведение которого начал после 1170 года Генрих Лев, стал первой полно- стью сводчатой церковью Нижней Саксонии, образцом для одновременно возводив- шихся соборов в Любеке и Ратцебурге. Наряду с церковным строительством расту- щее значение приобретает светское, в первую очередь императорских пфальцев и рыцарских замков. В первые годы своего правления Фридрих I велел перестроить Хагенау в императорскую резиденцию. В 70-е и 80-е годы началось строительство пфальцев в Кайзерсверте, Эгере, Вимпфене и Гельнхаузене, были перестроены прежние штауфеновские укрепления, такие как Трифельс и Нюрнберг. Равноценен этим императорским пфальцам замок Данквардероде, сооруженный Генрихом в Бра- уншвейге. От герцогского двора исходили сильные импульсы для художественного творчества всей Нижней Саксонии. Созданный по образцу итальянских львиных па- мятников Брауншвейгский Лев (1166 год) является выразительнейшим достижением пластики эпохи ранних Штауфенов, первым самостоятельным от архитектурных форм монументом в Германии. С начала XII века важным центром книжной миниатюры в Германии становится монастырь Хельмарсхаузен на реке Везер. Созданные здесь по поручению Генриха Льва произведения, две псалтыри и одно Евангелие, свиде- тельствуют о северофранцузском и английском влиянии. К Генриху восходят и ценные реликвии сокровищницы Вельфов.
Ликбез АЗБУКА НАНОТЕХНОЛОГИИ Третьяков Ю.Д. (ред.) (продолжение) Катализ Catalysis Если бы я желал выбрать одно единственное понятие, которое наиболее полно передает всю сущность химии, я предложил бы слово катализатор. Ни в какой другой области зна- ний нельзя найти эквивалент этого термина. Ричард Зар, профессор химии Стэнфордского университета Если бы не было препятствий на пути главных героев множества приключенче- ских книг, мы не зачитывались бы ими до середины ночи, с замиранием сердца ожидая, как же справятся с очередной трудностью персонажи книги. А ведь быва- ет и так, что на пути у них возникает высоченная стена, перелезть через кото- рую не представляется никакой возможности. И приходится героям идти в обход, тратить свою энергию и время. А как было бы просто, если бы где-нибудь рядыш- ком со стеной лежала лестница! С ее помощью можно было бы перебраться через стену, сэкономить энергию и добраться до цели гораздо быстрее! А лестницу можно оставить в неизменном виде у той же стены для следующей группы героев. В химии такой лестницей является катализатор. Катализатором химики называют вещество, введение которого в реагирующую смесь даже в небольшом количестве ускоряет (обычно довольно сильно) реакцию.
При этом сам катализатор, хотя и включается в реакцию, но остается неизменным по окончании процесса. В ходе реакции катализатор помогает молекулам преодо- леть потенциальный барьер, точно так же, как лестница помогает перебраться через стену или забор. Воздействие катализатора открывает новый реакционный путь, обычно с большим числом стадий, на котором катализатор входит в состав активного комплекса, по крайней мере, на одной из стадий. При этом новый «путь» от реагентов к продуктам характеризуется меньшей высотой энергетиче- ского барьера, то есть меньшей энергией активации по сравнению с энергией ак- тивации не катализируемой реакции (рис. 1). Е Еж *к Ереагент. ^продукт. Рис. 1. Энергетическая диаграмма реакции типа А + В -> С с ката- лизатором (а) и без катализатора (б). Различают положительный и отрицательный катализ, в зависимости от того, ус- коряет катализатор реакцию или замедляет ее. Как правило, термин «катализ» отождествляют с ускорением реакции, при замедлении реакции каким-либо вещест- вом говорят о ее ингибировании, а вещество называют ингибитором. По фазовому признаку различают гомогенный катализ — реакции в газах и растворах, гете- рогенный катализ — реакции на границе раздела фаз (обычно это система твердое тело — газ), и микрогетерогенный катализ — катализ ферментами и коллоидами. Биокаталитические процессы люди использовали с глубокой древности, например при приготовлении теста, брожении виноградного или фруктового сока для полу- чения вина, брожении молочных продуктов для получения простокваши или сыра. Первую гетерогенную каталитическую реакцию наблюдал, видимо, Дж. Пристли. Пропуская пары этилового спирта через горячую глиняную курительную трубку, он обнаружил разложение спирта на этилен и воду. В начале XIX века было открыто каталитическое действие платины — главного катализатора для огромного числа реакций, а затем и других металлов. XX век ознаменовался разработкой промыш- ленного использования каталитических процессов: это и процессы нефте- переработки (алкилирование, гидрокрекинг, изомеризация, риформинг), и промыш- ленный метод получения аммиака, и метод получения синтетического каучука и т.д. В 2005 году Нобелевская премия по химии была присуждена И. Шовену, Р. Шроку и Р. Граббсу за изобретение метода метатезиса — органических реакций
перераспределения алкеновых связей, катализируемых наноструктурированными ме- таллами (никель, вольфрам, рутений и молибден). Если ферментативный катализ играет ведущую роль в химических превращениях в живой природе, то для большинства промышленных реакций основным является ге- терогенный катализ. Принципиальное отличие гетерогенного катализа от гомоген- ного состоит в том, что стадии превращения предшествует стадия адсорбции, а свойства каталитически активных участков зависят от свойств поверхности твер- дого тела. Поэтому очевидно, что использование массивных материалов экономи- чески невыгодно, поскольку большая часть атомов находится в объеме и недос- тупна реагирующим молекулам. Гораздо выгоднее и эффективнее использовать ка- тализаторы на основе наноразмерных частиц. При этом большая часть атомов ка- тализатора оказывается доступной реагентам (сфера радиусом 1 нм, составленная из атомов диаметром 0,2 нм, содержит только 20% атомов в объеме), и эффектив- ность катализа возрастает в десятки раз! Однако важным остается вопрос о том, при каких размерах наночастиц начинают проявляться каталитические особенности наносостояния. В то время как компактное золото является плохим катализато- ром, в наноструктурированном состоянии оно отлично катализирует ряд процессов — например, золото с размером частиц менее 10 нм обладает высокой каталитиче- ской активностью в реакциях окисления СО и метанола. Металлический палладий широко используется в гетерогенном катализе. В свою очередь, наночастицы Pd применяются в качестве катализаторов в виде дисперсий в жидких средах или за- крепленными на поверхности подложек (носителей) различной природы, в том чис- ле — внутри мезопористых носителей. Применение методов модифицирования нано- частиц катализаторов открывает новые возможности их использования. В послед- нее время в качестве лигандов, покрывающих наночастицы Pd, активно использу- ются дендримеры различного состава. В частности, было показано, что изменяя периферию дендримеров, можно влиять на селективность катализируемых такими комплексами процессов. Еще одна развивающаяся область — биокатализ с участием наночастиц металлов. Например, установлено, что наночастицы Pd на поверхности бактерий являются гораздо более эффективными катализаторами по сравнению с химически приготовленными наночастицами тех же размеров, по крайней мере в процессе восстановления ионов Сг (VI) в сточных водах. Литература 1. Кубасов А.А. Почему катализатор ускоряет химические реакции // Соросовский образовательный журнал. 2001. Т. 7. № 11. С. 59-66. 2. Темкин О.Н. Каталитическая химия // Соросовский образовательный журнал. 1996. № 1. С. 57-65. Квантово-размерные эффекты Quantum Effects Человек должен верить, что непонятное можно понять; иначе он не стал бы размышлять о нем. В. Гете Вспомните школьную задачу по физике: «На невесомой, неподвижно закрепленной пружине с коэффициентом упругости к подвешен шарик массой т. Шарик вывели из равновесия смещением по вертикальной оси. Определите частоту свободных коле- баний маятника». Решением этой задачи является единственная частота, не зави- сящая от амплитуды колебаний шарика, потенциальная и кинетическая энергия ко- торого однозначно связаны со смещением относительно положения равновесия. Ес- ли же к этому шарику подвесить на пружине еще один, то они будут колебаться
вместе, хотя из-за инерционности (замедленной передачи энергии) пружины их ход несколько различается по фазе — каждый из шариков имеет свою потенциаль- ную и кинетическую энергию в каждый момент времени. Бесконечная же после- довательность из соединенных шариков и пружин, ввиду той же инерционности, колеблется по еще более сложной схеме, передавая вдоль цепочки своеобразную волну. V Аналогичная ситуация реализуется и в случае объединения атомов в кластер или в твердое тело. Электроны в изолированном атоме принимают лишь определен- ные значения энергий и находятся на определенных энергетических уровнях. При сближении двух атомов энергетические положения их внешних электронных поду- ровней несколько расходятся, образуя два отдельно стоящих уровня. А при пере- ходе от отдельного атома к макрокристаллическому твердому телу происходит формирование сплошных энергетических зон (с непрерывной совокупностью возмож- ных значений энергии валентных электронов в кристаллах) (рис. 1). Положение и размер энергетических зон определяются силой связи атомов между собой (энер- гией кристаллического поля), так же, как период «бегущей» по цепочке волны в рассмотренном выше примере определяется коэффициентом упругости пружины. Про- межутки между зонами в твердом теле называют запрещенными зонами или энерге- тическими щелями. X со о Си <D X Г) Одиночный атом (энергетические уровни) Два атома Объемное вещество (энергетические зоны) Рис. 1. Формирование энергетических зон твердого тела.
В отличие от макрокристаллических тел, в наночастицах число атомов весьма невелико (102-10б) , причем большая их часть составляет поверхность наночасти- цы. Если рассмотреть колебания достаточно длинной, но не бесконечной последо- вательности из шариков и пружин, длина волны колебаний будет несколько раз- лична в центре и по краям цепочки ввиду отсутствия упругих связей у крайних шариков. Иначе говоря, лишь «внутренние» атомы будут формировать непрерывную энергетическую зону, тогда как энергетические уровни внешних (поверхностных) атомов будут дискретны и четко выражены. Именно в этом состоит одно из основ- ных положений теории размерного квантования, предложенной Ал. Эфросом и А. Эфросом в 1982 году, согласно которой центр наночастиц имеет зону с непрерыв- ной электронной плотностью, а края состоят из дискретных уровней. Наиболее сильно этот эффект проявляется для полупроводниковых наночастиц с большим ра- диусом экситона. Для очень малых кластеров полупроводников вообще не проис- ходит образования непрерывных энергетических зон вследствие больших зазоров между подуровнями. Таким образом, в частицах с характерным размером меньше 10 нм электроны ве- дут себя подобно электронам в изолированном атоме (рис. 1, случай двух ато- мов) , то есть как квантовые объекты, а эффекты, проявляющиеся в таких части- цах, называют квантово-размерными. Кроме того, уменьшение размера частиц со- провождается уменьшением ширины энергетических зон, что приводит к росту энергии оптических переходов (см. Щель энергетическая). —■i объемный 30 материал ■—« квантовые 20 ямы квантовые нити квантовые точки энергия Рис. 2. Спектры плотности состояний носителей заряда для систем с различной размерностью. Очевидно, что сокращение размера частицы в одном, двух или трех измерениях соответственно будет приводить к проявлению частичного квантования зоны в четко выраженных направлениях. В зависимости от формы нанокристалла можно вы- делить три основных типа низкоразмерных наноструктур: квантовые ямы (двумер- ные объекты, толщина которых лежит в нанодиапазоне), квантовые нити (одномер- ные объекты, диаметр которых лежит в нанодиапазоне) и квантовые точки (ноль- мерные) объекты, наноразмерные во всех измерениях), причем последние иногда называют искусственными атомами. Интересно, что в оптическом спектре (спектре
плотности состояний) таких структур происходит постепенный переход от линей- чатого спектра отдельных атомов к непрерывному спектру поглощения объемного материала (рис. 2). Этот эффект сегодня активно используется для формирования излучающих компонентов с четко заданной шириной и формой полос испускания, что необходимо, к примеру, при производстве оптических сенсоров и лазеров с перестраиваемой длинной волны. Литература 1. Демиховский В.Я. Квантовые ямы, нити, точки. Что это такое? // Соросовский образовательный журнал. 1997. № 5. С. 80-86. 2. Демиховский В.Я., Byгальтер Г.А. Физика квантовых низкоразмерных структур. М. : Логос, 2000. 3 . Рамбиди Н.Г., Березкин А.В. Физические и химические основы нанотехнологий. М.: Физматлит, 2008. 600 с. Квантовые компьютеры Quantum Computers Я думаю, на мировом рынке можно будет про- дать штук пять компьютеров. Директор компании IBM Томас Уотсон (1943 г.) Машины должны работать. Люди должны думать. Девиз компании «IBM» Для того, чтобы представить, чем отличаются квантовые компьютеры от обыч- ных, представим себе следующую ситуацию. Выходит на сцену оркестр, музыканты рассаживаются по местам, и начинает играть первая скрипка ... всю свою партию ... 2 часа. Далее следует виолончель, габой, кларнет, флейты, барабаны, духовые инструменты, дирижер свои 2 часа палочкой отмашет... все, на третьи сутки кон- церт окончен. Смешно и нелепо? Но именно так, последовательным перебором, и решаются некоторые задачи на обычных компьютерах. Хотя при определенных усло- виях все могло бы быть совершенно по-другому, как в слаженном оркестре. Пред- ставим, что каждый музыкант может либо играть, либо не играть (его состояние обозначим соответственно цифрами 1 и 0 — это квантовый бит или кубит), причем состояние оркестра в каждый момент можно представить (если отвлечься от того, что они играют и как хорошо они играют по отдельности) набором чисел, напри- мер <0 0 10 10 11 1...> — квантовым регистром. Мало того, что такая система позволяет выполнять несколько действий одновременно (квантовый параллелеизм), благодаря слитности действий появляется дополнительный эффект. Как в оркестре возникает гармония множества партий, так и в квантовых системах возникает связанное состояние, в результате чего можно говорить об общем состоянии сис- темы , а не только о совокупности отдельных элементов. А если всей этой системой, как мановением палочки дирижера, можно управ- лять , то такая вычислительная машина с легкостью решит самые сложные задачи. Что же позволит ей работать гораздо эффективнее классического компьютера? Ес- ли производительность обычного процессора пропорциональна количеству элемен- тов (транзисторов), то в квантовом компьютере добавление каждого последующего элемента экспоненциально увеличивает его производительность. Считается, что квантовый компьютер, состоящий из 1000 кубитов, будет заведомо превосходить по производительности любые современные компьютеры (на настоящий момент про- изводительности современного персонального компьютера хватает для мо- делирования системы, состоящей примерно из 50 кубитов). Использование кванто- вых компьютеров, работающих по специальным (квантовым) алгоритмам, позволит
быстро решать задачи, с которыми классические алгоритмы не справляются даже за весьма значительное время. К числу таких задач относятся поиск в не- упорядоченном массиве, разложение чисел на простые множители (используется в криптографии) и моделирование квантовых систем (сложных молекул). Для создания квантовых компьютеров нужны следующие условия: ■ достаточное для решения задачи число элементов — кубитов, как для каждой симфонии необходимо определенное, минимальное число музыкантов. ■ элементы квантового компьютера должны быть связаны между собой, образуя единый ансамбль. Только если музыканты играют вместе, подстраиваясь под единый ритм и темп, можно добиться гармонии. ■ возможность задать начальные условия (партитуры) и менять их в зависимости от задачи (функции дирижера). ■ возможность получать информацию (уши слушателей) и проверять ее на пра- вильность (аплодисменты или помидоры). Пока все эти условия не реализованы в полной мере. В настоящий момент раз- работаны две принципиально различные конструкции квантового компьютера, в ко- торых в качестве кубитов выступают либо ядерные, либо электронные спины. При- мером квантового компьютера с электронными кубитами являются сложные Si/Ge гетероструктуры, в которых обработка информации осуществляется на электронах проводимости отдельных изолированных друг от друга слоев. Наиболее удачным экспериментом можно считать 7-кубитный ядерный квантовый компьютер, созданный группой ученых из IBM и Стенфордского университета, который недавно позволил разложить число 15 на множители 5 и 3. При этом ку битами являлись спины ядер атомов отдельной сложной органической молекулы (19F) 2-C=13C (19F) - 13С [Fe (СО) 2 (С5Н5) ]=С (19F) 2 (рис. 1). Благодаря колоссальным вложениям в разра- ботку квантового калькулятора (более 100 млн долларов США.) , ученым удалось добиться значительного сокращения числа операций (1 действие и 1 проверка вместо 4 действий и 4 проверок). Как показывают теоретические расчеты, при использовании большего количества кубитов станет возможным за минуты решать задачи, которые современными компьютерами должны решаться веками. Уже сейчас нет сомнений в том, что нанотехнологии смогут помочь в создании высокоэффек- тивных квантовых компьютеров будущего на основе квантовых точек и квантовых нитей. Рис. 1. Органическая «семикубитовая» молекула.
Литература 1. Валиев К.А. Квантовая информатика: компьютеры, связь и криптография // Вестник РАН. 2000. Т. 70, № 8. С. 688. 2. Китаев А. , Шень А. , Вялый М. Классические и квантовые вычисления. М. : МЦНМО, 1999. 3 . Валиев К.А., Кокин А. А. Квантовые компьютеры: надежды и реальность. М. ; Ижевск: НИЦ РХД, 2001; 2002 Квантовые нити Quantum Wires Невидимые нити связывают больше всего. Фридрих Ницше дорогой читатель! Если Вы открыли эту статью, не успев прочитать про кван- товые точки, не читайте ее, оставьте, не поленитесь пробежать на пару страниц вперед. Квантовые нити (провода) представляют собой одномерные структуры (сформированные, как правило, из полупроводникового материала), в которых в силу ограничения возможности движения носителей заряда в определенном направ- лении проявляются квантово-размерные эффекты. Когда на пути потока воды, струящегося по равнине, оказывается овраг1 или канава, то вода, стекая по склонам, собирается на дне. То же происходит и с электронами: если перейти от трехмерной системы к квантовой нити, непрерывный энергетический спектр вырождается — в нем возникают энергетические барьеры, ограничивающие движение электронов в направлениях, перпендикулярных оси нано- нити, так же, как стены оврага «запирают» потоки воды. Сужение же нанонити до размеров в несколько десятков или сотен атомов вызывает квантование энергети- ческого спектра: электрон может свободно перемещаться вдоль оси нанонити, но лишь в том случае, если он находится на полузаполненном электронном уровне, а к проводу, естественно, приложена разность потенциалов, то есть имеется ли у канала есть некоторый уклон. В полупроводниковых квантовых проволоках, как и в кристаллах, электрон необходимо предварительно возбудить, приложив доста- точно высокое напряжение или облучив светом с необходимой длиной волны. Именно анизотропия электронных свойств и является основой для создания на- ноустройств на основе квантовых нитей и источником интереса к формированию квантовых нанопроволок полупроводников. На сегодня разработано множество под- ходов к формированию таких наносистем, включая нанолитографию, молекулярно-
лучевую зпитаксию или непосредственный синтез коллоидных наночастиц в колбе или пробирке. Контролируя условия процессов синтеза, можно получать квантовые нити определенных размеров с заданными свойствами. Ожидается, что квантовые провода, подобно квантовым точкам, займут почетное место среди материалов нового поколения, найдя применение, например, для соз- дания инжекционных лазеров с низким пороговым током. Уже сейчас полупроводни- ковые углеродные нанотрубки, являющиеся квантовыми проводами, эффективно ис- пользуются при построении дисплеев и лазеров с высокой плотностью фотонов. Не так давно стало известно о построении многообещающих кубитов, базирующихся на двух квантовых проводах, помещенных в двухмерный электронный газ квантовой ямы (см. Квантовые компьютеры). Литература 1. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. М.: Высшая школа, 2000. 2. Garnett W. Bryant, Glenn S. Solomon. Optics of Quantum Dots and Wires. Artech House Publishers. 2004. 547 p. Квантовые точки Quantum Dots Квантовые точки — это искусственные ато- мы , свойствами которых можно управлять. Ж.И. Алферов, лауреат Нобелевской премии Квантовые точки (КТ) — это изолированные нанообъекты, свойства которых су- щественно отличаются от свойств объемного материала тождественного состава. Сразу следует отметить, что квантовые точки являются скорее математической моделью, нежели реальными объектами. И связано это с невозможностью формиро- вания полностью обособленных структур — малые частицы всегда взаимодействуют с окружающей средой, находясь в жидкой или твердой матрицах. Чтобы разобраться в том, что такое квантовые точки, и понять их электронное строение, представьте себе древнегреческий амфитеатр. Теперь вообразите, что на сцене разворачивается увлекательное представление, а зрительские ряды на- полнены публикой, пришедшей посмотреть игру актеров. Оказывается, что поведе- ние людей в театре во многом похоже на поведение электронов квантовой точки (КТ) . Во время представления актеры передвигаются по арене, не выходя в зри- тельный зал, а сами зрители следят за действием со своих мест и не спускаются на сцену. Арена — это нижние заполненные уровни квантовой точки, а зритель- ские ряды — электронные уровни проводимости. При этом как зритель может нахо- диться в любом ряду зала, так и электрон способен занять любой энергетический уровень квантовой точки, но не может располагаться между ними. Покупая в кас- сах билеты на представление, все стремились получить самые лучшие места — как можно ближе к сцене. Действительно, ну кто же захочет сидеть в последнем ря- ду , откуда лицо актера не рассмотришь даже в бинокль! Поэтому, когда перед началом представления зрители рассаживаются, все нижние ряды зала оказываются заполнены, так же как в стационарном состоянии КТ, обладающем наименьшей энергией, нижние энергетические уровни полностью заняты электронами. Однако во время представления кто-то из зрителей может покинуть свое место, например потому что музыка на сцене слишком громко играет или просто сосед неприятный попался, и пересесть на свободный верхний ряд. Вот так и в КТ электрон под действием внешнего воздействия может переходить на более высокий, не занятый другими электронами энергетический уровень, приводя к образованию возбужден- ного состояния квантовой точки. Наверное, Вам интересно, что при этом проис- ходит с тем пустым местом на энергетическом уровне, где раньше был электрон —
так называемой «дыркой»? Оказывается, посредством зарядовых взаимодействий иногда электрон остается с ней связан и в любой момент может перейти обратно, так же как пересевший зритель всегда может передумать и вернуться на обозна- ченное в его билете место. Пару электрон-дырка называют экситоном от англий- ского слова «excited», что означает «возбужденный». Миграция между энергети- ческими уровнями КТ, аналогично подъему или спуску одного из зрителей, сопро- вождается изменением энергии электрона, что соответствует поглощению или из- лучению кванта света (фотона) при переходе электрона соответственно на более высокий или низкий уровень. Описанное выше поведение электронов в квантовой точке приводит к нехарактерному для макрообъектов дискретному энергетическому спектру, за который КТ часто называют искусственными атомами. Энергия связи дырки и электрона определяет радиус экситона, который являет- ся характеристической величиной для каждого вещества. Если размер квантовой точки меньше радиуса экситона, то экситон оказывается ограничен в пространст- ве ее размерами, а соответствующая энергия связи значительно изменяется по сравнению с объемным веществом (см. Квантово-размерные эффекты). Нетрудно до- гадаться, что если энергия экситона изменяется, то, следовательно, изменяется и энергия фотона, излучаемого системой при переходе возбужденного электрона на свое исходное место (экситонный переход). Таким образом, получая монодис- персные коллоидные растворы наночастиц различных размеров, можно управлять энергиями переходов в широком диапазоне оптического спектра (рис. 1). Уменьшение ^ размера КТ Рис. 1. Изменение цвета (полосы испускания) коллоидного раствора частиц CdSe в оболочке CdS в зависимости от размера квантовых точек.
Первыми квантовыми точками были наночастицы металлов, которые синтезировали еще в Древнем Египте для окрашивания ими различных стекол, хотя более тради- ционными и широко известными КТ являются выращенные на подложках полупровод- никовые частицы GaN и коллоидные растворы микрокристаллов CdSe. В настоящий момент известно множество способов получения квантовых точек, например их можно «вырезать» из тонких слоев полупроводниковых гетероструктур с помощью нанолитографии, а можно спонтанно сформировать в виде наноразмерных включений структур полупроводникового материала одного типа в матрице другого. Методом молекулярно-пучковой эпитаксии при существенном отличии параметров элементар- ной ячейки подложки и напыляемого слоя можно добиться роста на подложке пира- мидальных квантовых точек, за исследование свойств которых Ж.И. Алферову была присуждена Нобелевская премия. Контролируя условия процессов синтеза, теоре- тически можно получать квантовые точки определенных размеров с заданными свойствами. Исследования КТ начались сравнительно недавно, но широчайшие перспективы их практического использования уже совершенно очевидны для дизайна лазеров и дисплеев нового поколения. Уникальные перестраиваемые оптические свойства КТ находят применение в самых неожиданных областях, например в медицинских ис- следованиях , для построения кубитов квантовых компьютеров и т.д. Литература 1. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. 134 с. 2. Демиховский В.Я., Вугальтер Г.А. Физика квантовых низкоразмерных структур. М. : Логос, 2000. 3. Получение наночастиц. Домашняя лаборатория 2024-06-12 Коллоидные частицы Colloid Nanoparticles В погоне за открытьем он был слишком воспален, И миг настал, когда нажал на крантик Кокильон. И закричал безумный: «Да это же коллоид! Не жидкость это, братцы, — коллоидальный газ!» Вот так, блеснув в науке, как в небе астероид, Простой безвестный гений безвременно угас. В. Высоцкий Взгляните на растворы, изображенные на рисунке. Внешне они кажутся практи- чески одинаковыми — бесцветные и прозрачные. Впрочем, есть одно «но»: лазер- ный луч беспрепятственно проходит сквозь правый стакан, а в левом сильно рас- сеивается, оставляя красный след. В чем секрет?
В правом стакане — обычная вода, а вот в левом — коллоидный раствор сереб- ра. В отличие от обычного или, как говорят химики, «истинного» раствора, кол- лоидный раствор содержит не молекулы или ионы растворенного вещества, а его мельчайшие частицы. Эти частицы настолько малы, что их невозможно увидеть не- вооруженным глазом и, более того, бывает сложно наблюдать даже с использова- нием новейших электронных микроскопов. Впрочем, даже мельчайшие частицы могут рассеивать свет. В физике это явление известно как «эффект Тиндаля». По этой же причине видны пылинки в солнечном луче, падающем через щель между занавес- ками в темную комнату. Правда, размеры и форму каждой частицы в растворе раз- глядеть не удастся, но все в целом они дают возможность проследить путь све- та. То, что мы не сразу различили истинный раствор и коллоидный — неудивитель- но. Шотландский химик Томас Грэм (1805-1869), изучавший коллоидные растворы, долгое время называл их «псевдорастворами». Поскольку при выпаривании таких растворов, как правило, вместо кристаллов образуется аморфная масса, похожая на канцелярский клей, он и дал им название «коллоидных» (от греч. kolla — клей, kollodes — клейкий и eidos — вид) . Кстати, каждый легко может купить концентрированную взвесь мельчайших частиц серебра в аптеке под названием «коллодий», она обладает отличными бактерицидными свойствами. Каким же должен быть размер частиц, чтобы их раствор можно было назвать «коллоидным»? В различных учебниках коллоидными предлагается считать частицы, размер которых составляет от 1 нм до 100 нм, от 1 нм до 200 нм, от 1 нм до 1 мкм... (рис. 1) . Впрочем, классификация по размерам, как и любая другая, весьма условна. Частицы должны быть настолько малы, чтобы вследствие малой массы вклад силы тяжести в их поведение был сопоставим с броуновским движением. Та- ким образом, под действием силы тяжести частицы либо совсем не оседают (такие коллоидные растворы назы вают «стабильными»), либо оседают очень медленно (расслаивание происходит в течение дней или даже месяцев, что в большинстве случаев также позволяет работать с такими растворами как со стабильными). Уже отсюда понятно, что привязка к размерам условна — в случае тяжелых веществ (например, металлов) коллоидный раствор будет стабильным лишь тогда, когда размер частиц не будет превышать несколько нанометров, а для веществ с малой плотностью (например, полимеров) даже при размере частиц более ста нанометров раствор будет оставаться стабильным. Дисперсные среды, содержащие частицы на- столько крупные, что они распределяются в диспергирующей среде при перемеши- вании, но быстро оседают, называются взвесями. Не менее важно отметить, что вне зависимости от размера частиц коллоидный раствор не будет стабильным, ес- ли частицы не несут электрический заряд. Одноименно заряженные частицы оттал- киваются, и раствор остается стабильным, тогда как если частицы не несут за- ряд , они быстро слипаются и оседают. Коллоидные растворы окружают нас повсюду. В огромном количестве их можно увидеть на кухне — это растворы желатина, крахмала, яичного белка и даже ки- сель . Помимо продуктов питания, коллоидные частицы могут быть найдены в таких промышленных продуктах, как лакокрасочные изделия, бумага, канцелярские при- надлежности, косметические товары, различные покрытия, фотопленки и др. Дым (например, дымовая завеса на поле боя) тоже образован коллоидными частицами, формирующими аэрозоли. Кстати, во время боевых действий в Афганистане исполь- зовали бомбы объемного взрыва — в воздух распылялась перекись ацетона, в ко- торую выстреливали детонаторы. В результате это облако взрывалось, а взрывная волна (в 3-4 раза более сильная, чем при обычной детонации) уничтожала про- тивника даже в окопах. Обычные кучерявые облака — это тоже коллоидная си- стема , но состоящая из взвеси капелек воды в воздухе. Все кремы, мази и эмульсии — тоже коллоиды, в которых жидкие капли (или твердые частицы) рас- пределены в жидкой среде.
I I I С'ППЛч K>iiik'4h.im к—н "■™i Белки I Вн|)\сСППДл K>iiiK'4H.iM Ьелое кропяное Красное [^ %1 [^ ^н кровяное тело I Дснлрнмсры Ко.тлоилныс частицы SiO, Человеческим волпе н и к ч О-масишы , 1:шъксныс чаепшы и я 1оли Ли » Ag к я Коллоидные частицы к ж н 11АНО МЕЮ I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 1н>] 10 им ЮОнм 1 мкм Юмк.м 100 мкм Рис. 1. Некоторые коллоидные системы и характеристические размеры распространенных биологических объектов. На данной диаграмме диапа- зон размеров коллоидных частиц существенно расширен за счет полимер- ных (латексных) частиц, обладающих низкой плотностью. Еще один пример коллоидной системы — коварные зыбучие пески, состоящие из мельчайших частиц, «перемешанных» с воздухом. Это пример тиксотропнохю кол- лоида. Не менее важную роль коллоидные частицы играют в научных исследовани- ях. Как видно из рисунка, размер различных коллоидных частиц полностью перекры- вает весь нано- и мезодиапазон, что позволяет решать с их помощью самые раз- нообразные методологические задачи — от калибровки электронных микроскопов (см. Сканирующая электронная микроскопия) до изучения биологических объектов (см. Бионанотехнологии и Оптический пинцет). Как уже отмечалось, во многих случаях размер коллоидных частиц не превышает 100 нм, а значит, их можно смело называть наночастицами. По этой причине мно- гие выдающиеся нанотехнологические эксперименты современности являются совре- менными вариациями на тему коллоидной химии. Среди важнейших примеров колло- идных наночастиц, активно используемых в современных нанотехнологиях, — кол- лоидные частицы полупроводников А2Вб, обладающие яркой люминесценцией (см. Квантовые точки), магнитные коллоидные частицы (Fe/Pt, различные оксиды желе- за) для лечения раковых заболеваний методом магнитной гипертермии (см. Нано- медицина), коллоидные частицы золота (см. Плазмонный резонанс) для медицин- ских применений, сферические коллоидные частицы на основе полистирола или ок- сида кремния для получения фотонных кристаллов и двумерных упорядоченных структур (см. Фотонные кристаллы, Самоорганизованные системы и Наносферная литография) и многие другие. Литература 1. Зимон А.Д. Занимательная коллоидная химия. М.: Агар, 2002. 168 с. 2. Colloids and Colloid Assemblies: Synthesis, Modification, Organization and Utilization of Colloid Particles /Ed. F. Caruso. 2004, Wiley-VCH. 621 p.
Лазерная абляция Laser Ablation И листы, и бруски во многих местах были просверлены, иные разрезаны пополам, места разрезов и отверстий казались обожженными и оплавленными. А.Н. Толстой. «Гиперболоид инженера Гарина» Абляция (от лат. ablatio — отнятие) — физико-химический процесс удаления вещества с поверхности или из объема твердого тела. Следуя значению латинско- го корня, абляцией можно называть любую потерю. Так, в гляциологии (науке о ледниках, их эволюции и разнообразии) абляцией называют уменьшение массы лед- ника или снежного покрова в результате таяния, испарения или механического разрушения; в геоморфологии (науке о рельефе суши, дна океанов и морей) — со- вокупность процессов эрозии и плоскостного смыва, формирующих рельеф. В кос- монавтике, ракетостроении и авиации абляция — способ эффективного снижения перегрева конструкционных элементов фюзеляжа или двигателя набегающим потоком воздуха. Абляция в астрономии — уменьшение массы малых небесных тел (метеори- тов , комет и т.д.) при прохождении плотных слоев атмосферы планет или сильном нагревании вблизи звезд. В медицине — это хирургическая операция удаления ор- гана или какой-либо части тела. В физику термин «абляция» вошел задолго до появления лазеров для обозначе- ния удаления вещества в электрическом разряде, потоке горячего газа, плазмы и т.д. Лазерной абляцией называют удаление (испарение) вещества с поверхности твердого тела (иногда жидкости) при воздействии на него лазерного излучения. Глубина воздействия лазерного импульса и, следовательно, объем удаляемого ве- щества зависят от состава материала, его оптических свойств, а также энергии (мощности) лазерного импульса. При низкой мощности лазера вещество испаряется или сублимируется, а при высокой — происходит ионизация атомов вещества — об- разуется плазма. Современные технологии позволяют очень точно контролировать фокусировку, длительность (в диапазоне от нано- до фемтосекунд) и мощность воздействия лазерного луча. Это открывает широкие возможности для применения процесса лазерной абляции в промышленности и научных исследованиях. Простейший пример — сверление микроскопических отверстий в любых, в том числе очень твердых материалах (алмаз, рубин, боразон, керамика, другие ис- кусственные сверхтвердые материалы). Сфокусированный до толщины меньше чело- веческого волоса пульсирующий лазерный луч удаляет вещество настолько быстро, что расположенные вблизи слои материала даже не успевают нагреться. Эта уди- вительная особенность используется в таких разных областях, как изготовление печатных плат для полупроводниковой промышленности, брегговских решеток — наиболее широко применяемого элемента в оптоволоконных линиях связи, при сверлении сопел струйных принтеров, для изготовления подшипников в часах, обеспечивая им точность и долговечность. В последнее время лазерную абляцию научились использовать для получения отверстий нанометровохю диаметра (от 40 нм) , несмотря на то, что длина волны лазерного излучения, как правило, не меньше 200 нм. Для этого используют специальные оптические системы, позволяю- щие фокусировать лазерный луч. С помощью лазерной абляции можно получить и придать нужную форму таким ма- териалам, которые сложно или просто невозможно изготовить другими способами. Например, углеродные нанотрубки образуются при обработке лазерным лучом гра- фита или смеси графита с металлическими катализаторами (Со, Nb, Pt, Ni или Си) . Причем в первом случае получаются многослойные, а во втором — однослой- ные структуры.
Разновидностью этого приложения является использование абляции для получе- ния тонких пленок из соединений, которые трудно испарить другими методами (рис. 1) . Так изготавливают некоторые высокотемпературные сверхпроводники (например, тонкие пленки YBa2Cu307), многослойные полупроводниковые структуры (гетероструктуры) и сверхрешетки. В физике этот метод называется импульсным лазерным напылением (pulsed laser deposition). Рис. 1. Схема метода лазерной абляции для нанесения тонких пленок. Лазерную абляцию широко используют и для получения нанокластеров путем бы- строго испарения того или иного вещества, пересыщенные пары которого при бы- стром охлаждении затем кристаллизуются с образованием конечного продукта. Приведенные примеры — лишь малая часть из уже работающих технологий, ис- пользующих процесс лазерной абляции. Создание новых высокоэффективных техно- логических процессов еще шире откроет двери в мир многогранных возможностей лазерной техники, и, может быть, кому-то из Вас, наши дорогие читатели, по- счастливится сыграть свою роль в ее развитии. Литература 1. Петров М. Лазерная обработка материалов в электронике // Компоненты и тех- нологии. 2002. № 8. Мезопористые молекулярные сита Mesoporous Molecular Sieves В решете воду не носят. Армянская поговорка Что вы делаете, когда хотите приготовить на завтрак блины? Отмеряете необ- ходимый объем молока, разбиваете в него нужное количество яиц, кладете сахар и соль по вкусу и, перемешивая, постепенно добавляете муку, предварительно просеивая ее через специальное сито. Даже начинающая хозяйка знает, что мел- кие поры позволяют избавиться от крупных комков слежавшейся муки, не давая им испортить тесто. Сита — материалы с однородным распределением пор строго кон- тролируемого размера — можно найти не только на кухне хорошей хозяйки, но и в природе (цеолиты) или даже искусственно синтезировать в лаборатории. Первые молекулярные сита, обладающие порами нанометрового размера и способные «про- сеивать» молекулы химических соединений, были получены в 1992 году исследова- телями американской компании Mobile Research and Development Corporation. Им удалось синтезировать семейство материалов на основе диоксида кремния с чрезвычайно высокой удельной поверхностью (^1000 м2/г), в которых поры разме-
ром 3 нм были строго упорядочены, как в известных всем кулинарных ситах, а их размер в пределах материала не отличался более чем на 5% (рис. 1). Сформиро- вать такую структуру оказалось возможным с помощью темплатного метода, ис- пользуя мицеллы различных поверхностно-активных веществ в качестве шаблона, на котором происходило образование сетки диоксида кремния. Удаление темплата из сформировавшегося каркаса приводило к образованию упорядоченных полостей такого же размера и формы, как органическая мицелла. Дальнейшее развитие ме- тода и использование различных темплатов позволило синтезировать хорошо упо- рядоченные и однородные гексагональные, кубические и ламеллярные структуры. Кроме того, поскольку размер мицелл определяется длиной «углеводородного хво- ста» образующих их молекул ПАВ, то, изменяя ее, удалось расширить возможные размеры пор получаемых молекулярных сит практически на весь «мезо» диапазон пористости — от 2 до 50 нм. Рис. 1. Микрофотографии гексагональной фазы мезопористого диок- сида кремния: а — перпендикулярно каналам пор; б — вдоль пор. Уникальные свойства мезопористых материалов привлекают к ним пристальное внимание. И, действительно, молекулярные сита в полной мере оправдали возло- женные на них надежды — в настоящий момент мезопористый диоксид кремния при- меняется в качестве катализаторов и носителей для катализаторов, адсорбентов, селективных мембран, а также матриц для получения однородных по размеру нано- структур и большого числа функциональных композитных материалов. Типы мезопористых фаз оксида кремния и алюмосиликатов Принятое обо- значение фазы МСМ-41 Темплат CnH2n+iN (СН3) 3anion, n=6-22, anion=Hal,ОН" Структура пор Гексагональная Ф Диаметр пор, нм 2-10
МСМ-48 МСМ-50 SBA-15 MSU-n CnH2n+iN (CH3) 3anion, n=6-22 , anion=Hal,OH" CnH2n+iN (CH3) 3anion , n=6-22, anion=Hal,OH" триблоксополимеры H2N(CH2) (n)NH2 n=12-22 Кубическая Ламеллярная Гексагональная Ламеллярная %•& иерархическая 2-5 4 5-30 4-6 Литература 1. Sayari, Jaroniec М. , Pinnavaia T.J. Nanoporous Materials II (Studies in Surface Science and Catalysis), Elsevier Science. 2000. P. 916. 2 . Романовский Б.В., Макшина Е . В. Нанокомпозиты как функциональные материалы // Соросовский образовательный журнал. 2004. № 2. С. 50-55. Метаматериалы Metamaterials Так соборы кристаллов сверхжизненных Добросовестно луч-паучок Распуская на ребра, их сызнова Собирает в единый пучок... О. Мандельштам Детская задачка «Что тяжелее: килограмм ваты или килограмм железных опи- лок?» поставит в затруднение разве что несообразительного первоклассника. Го- раздо интереснее рассуждать на тему: «Какими свойствами будет обладать мате- риал, который мы получим, если тщательно смешаем мелко измельченную вату и железные опилки?» Интуитивно понятно: чтобы ответить на этот вопрос, надо вспомнить свойства железа и ваты, после чего можно с уверенностью утверждать, что полученный материал наверняка будет, например, реагировать на присутствие магнита и воды. Однако всегда ли свойства многофазного материала определяются исключительно свойствами образующих его компонентов? Хочется ответить на этот вопрос положительно — сложно представить себе, скажем, смесь диэлектриков, которая проводит электрический ток. «Такое бывает только в сказках!» — поста- рается реабилитироваться первоклассник, вспомнив многочисленных колдунов и волшебниц из детских сказок, которые, смешивая всевозможные мухоморы, лягуша- чьи лапки и крылья летучих мышей, получали магические порошки, волшебные свойства которых, строго говоря, мухоморам и лягушачьим лапкам несвойственны. Впрочем, как это ни удивительно, современная наука знает примеры того, как совмещение вполне заурядных материалов позволяет создавать объекты, свойства которых не только не присущи используемым компонентам, но и в принципе не мо- гут быть найдены в природе и, как может показаться на первый взгляд, запреще- ны законами физики. «Это чудо!» — скажет первоклассник. «Нет, это метаматериалы!» — возразит современный ученый. И оба будут по-своему правы, потому что с точки зрения классической науки метаматериалы способны творить самые настоящие чудеса. Впрочем, сам процесс создания метаматериала тоже подобен волшебству, так как
компоненты метаматериала недостаточно просто смешать, как это делали сказоч- ные волшебники — их необходимо правильно структурировать. Метаматериалы — это композитные материалы, свойства которых обусловлены не столько индивидуальными физическими свойствами их компонентов, сколько микро- структурой. Термин «метаматериалы» особенно часто применяют по отношению к тем композитам, которые демонстрируют свойства, нехарактерные для объектов, встречающихся в природе. Одним из наиболее горячо обсуждаемых в последнее время типов метаматериалов являются объекты с отрицательным показателем преломления. Из курса школьной физики хорошо известно, что показатель преломления среды (п) является величи- ной, показывающей во сколько раз фазовая скорость электромагнитного излучения в среде (V) меньше скорости света в вакууме (с) : n = c/V. Показатель пре- ломления вакуума равен 1 (что, собственно, следует из определения), тогда как для большинства оптических сред он больше. Например, обычное силикатное стек- ло имеет показатель преломления 1,5, а значит, свет распространяется в нем со скоростью в 1,5 раза меньше, чем в вакууме. На теоретическую возможность существования уникальных материалов с отрица- тельным показателем преломления указал советский физик Виктор Веселаго почти 40 лет назад. Дело в том, что коэффициент преломления связан с двумя фунда- ментальными характеристиками вещества, диэлектрической проницаемостью е и магнитной проницаемостью р, простым соотношением: п2 = ер. Несмотря на то, что данному уравнению удовлетворяют как положительные, так и отрицательные значения п, ученые долго отказывались верить в физический смысл последних — до тех пор, пока Веселаго не показал, что п может быть меньше 0 в том случае, если одновременно е < 0 и р. < 0. Природные материалы с отрицательной диэлектрической проницаемостью хорошо известны — это любой металл при частотах ниже плазменной частоты (при которой металл становится прозрачным). Гораздо сложнее создать материал с р < 0 — в природе такие материалы не существуют. Именно по этой причине работы Веселаго долгое время не привлекали должного внимания научной общественности. Прошло 30 лет, прежде чем английский ученый Джон Пендри (John Pendry) в 1999 г. по- казал, что отрицательная магнитная проницаемость может быть получена для про- водящего кольца с зазором. Если поместить такое кольцо в переменное магнитное поле, в кольце возникнет электрический ток, а на месте зазора возникнет дуго- вой разряд. Таким образом, возможны системы с отрицательным откликом как на электриче- скую, так и на магнитную компоненту электромагнитного излучения. Объединить обе системы в одном материале впервые удалось американским исследователям под руководством Дэвида Смита (David Smith) в 2000 г. Созданный метаматериал со- стоял из металлических стержней, ответственных за е < 0, и медных кольцевых резонаторов, благодаря которым удалось добиться р < 0. Несомненно, структуру, изображенную на рис. 1, сложно назвать материалом в традиционном смысле этого слова, поскольку она состоит из отдельных макроскопических объектов. Между тем, данная структура «оптимизирована» для микроволнового излучения, длина волны которого значительного больше отдельных структурных элементов метамате- риала. Поэтому с точки зрения микроволн последний также однороден, как, на- пример, коллоидный раствор для видимого света. Последовательно уменьшая раз- меры структурных элементов, можно создавать метаматериалы с отрицательным по- казателем преломления для терагерцевого и инфракрасного диапазонов спектра. Ученые ожидают, что, благодаря достижениям современных нанотехнологий, в са- мое ближайшее время будут созданы метаматериалы и для видимого диапазона спектра.
Рис. 1. Фотография метаматериала с отрицательным показателем преломления для микроволнового излучения. С точки зрения физики метаматериалы с отрицательным показателем преломления являются антиподами обычных материалов. В случае отрицательного показателя преломления происходит обращение фазовой скорости электромагнитного излуче- ния; доплеровский сдвиг происходит в противоположную сторону; черенковское излучение от движущейся заряженной частицы происходит не вперед, а назад; со- бирающие линзы становятся рассеивающими и наоборот... И все это — лишь не боль- шая часть тех удивительных явлений, которые возможны для метаматериалов с от- рицательным показателем преломления. Практическое использование таких мате- риалов , в первую очередь, связано с возможностью создания на их основе тера- герцевой оптики, что, в свою очередь, приведет к развитию метеорологии и океанографии, появлению радаров с новыми свойствами и средств всепогодной на- вигации, устройств дистанционной диагностики качества деталей и систем безо- пасности, позволяющих обнаружить под одеждой оружие, а также уникальных меди- цинских приборов. Литература 1. Smith D.R., Padilla W.J., Vier D.C., Nemat-Nasser S.C., Schultz S. Physical Review Letters. 2000. № 84. P. 4184. 2. Padilla W.J., Basov D.N., Smith D.R. Materials Today. 2006. Vol. 9, № 7-8. P. 28-35. Микроэлектромеханические системы Microelectromechanical Systems Почему бы нам не сверлить отверстия, резать или спаивать, штамповать или формовать предметы на бесконечно малом уровне? Ричард Фейнман. «Там внизу много места». 1959 г. Если Вы загляните в Тульский музей оружия, то найдете в нем не только бога- тейшее собрание экспонатов на военную тему. Как известно, Тула — это родина
не только самоваров, пряников и оружия. Здесь, если верить Н.С. Лескову, жил удивительный мастер Левша, сумевший подковать английскую блоху, здесь же се- годня живут мастера, создающие миниатюрные копии обычных и необычных предме- тов . Поэтому в музее Вас будет ждать сюрприз — коллекция действующего (!) микроскопического оружия, рассмотреть которую можно только под микроскопом. Вес самого маленького револьвера составляет всего 5,5 г. Поэтому кажется просто невероятным, что его барабан способен вращаться, а сам револьвер вполне может стрелять крошечными пулями калибра 1,5 мм (рис. 1) • Рис. 1. Коллекция миниатюрных ружей и револьверов в Тульском му- зее оружия рядом с обычной зажигалкой. Но сегодня уже и эти экспонаты не удивят ученого: значительно более сложные микроразмерные механические устройства производятся в промышленных масштабах и окружают человека повсюду — мы просто не можем их увидеть! Причем особый интерес представляют не столько просто механические, сколь микро- электромеханические системы или МЭМСы, способные на микроуровне преобразовы- вать механическую энергию в электрические или оптические сигналы и наоборот. Создание МЭМСов стало возможным только в последнее время, преимущественно благодаря стремительному развитию полупроводниковых технологий. В конце 50-х годов прошлого XX в. известный физик Ричард Фейнман публично пообещал 1000 долларов (немалая по тем временам сумма) тому, кто создаст электрический мотор размером менее 1/64 дюйма (примерно 0,4 мм). Вызов принял молодой ученый Уильям Маклеллан, который вручную собрал требуемое устройство с помощью пинцета и оптического микроскопа. Сейчас микромотор Маклеллана мож-
но увидеть в музее Калифорнийского технологического института. Интерес к мик- роэлектромеханическим системам постепенно охватывал все больше университетов и компаний, и уже к середине 80-х годов прошлого века успехи в области разра- ботки МЭМС привели к созданию первых коммерческих продуктов на их основе. Как правило, к МЭМС относят механические устройства размером от миллиметра до микрометра (рис. 2). Важно отметить, что на таком масштабе обычные законы макромеханики не всегда применимы. Поскольку отношение поверхности к объему для МЭМС на порядки больше, чем для макроскопических механических устройств, особое значение приобретают поверхностные эффекты, связанные с трением, элек- тростатикой и смачиваемостью. Рис. 2. Почти невидимый невооруженным глазом клещ с удивлением взи- рает на микроскопические шестеренки, изготовленные в METU (Турция). Основным материалом для изготовления МЭМС является кремний, что связано с его хорошими механическими свойствами и воспроизводимой технологией структу- рирования методом литографии, разработанной для создания современных инте- гральных схем и изделий наноэлектроники. Все это позволяет интегрировать МЭМС с уже существующими электронными компонентами. В то же время, несмотря на массовое производство последних, монокристаллический кремний остается весьма дорогим материалом, поэтому МЭМС нередко изготавливают на основе полимеров. Иногда для производства МЭМС используют и металлы (золото, никель, алюминий, хром, титан, вольфрам и другие). Как правило, производство МЭМС оказывается дешевле традиционной сборочной технологии, применяемой при создании макроско- пических механических устройств, поскольку при создании МЭМС расходуется меньше материала, а промышленное производство МЭМС является параллельным про- цессом, при котором за один производственный цикл на одной кремниевой пласти- не можно произвести сразу сотни готовых устройств. Кроме того, при создании сложных устройств, состоящих из множества компонентов, МЭМС-технология позво- ляет повысить надежность (поскольку все компоненты интегрированы в одной пла- те) и эффективность (т.к. компоненты расходуют мало энергии вследствие своего микроскопического размера и близкого расположения элементов).
Рис. 3. Устройства на основе МЭМС: а — подвижное соединение микрошесте- ренок; б — микродинамометр, позволяющий измерять как тангенциальные, так и нормальные силы, а также оценивать микротрение. Подвижный стержень и дуговая шкала отмечены стрелкой; в — микроактюатор; г — приводной микро- механизм; д — оптический переключатель. Зубчатый кремниевый диск может быть механически выставлен в 4 положения, условно соответствующих сигна- лам (0,0), (1,0), (0,1) и (1,1) (два положения отмечены стрелками); ин- формация считывается неподвижным сфокусированным лазерным лучом; е — пе- редаточное микроустройство, преобразующее вращательное движение в посту- пательное; ж — подвижное кремниевое микрозеркало (показано стрелкой), которое может изменять угол наклона за счет поступательного движения поршня, приводимого в движение передаточным устройством (е); з — оптиче- ский затвор; и — трехцилиндровый паровой двигатель: вода внутри каждого цилиндра нагревается электрическим током, и образовавшийся пар выталки- вает поршень, при охлаждении жидкости поршень втягивается обратно в ци- линдр под действием капиллярных сил.
Чрезвычайно малый размер позволяет использовать МЭМС в различных миниатюр- ных устройствах, начиная от механических часов и заканчивая имплантатами для человека. Можно выделить несколько применений МЭМС, получивших наиболее широ- кое распространение: ■ Акселерометры. Пожалуй, наиболее коммерчески успешными устройствами на ос- нове МЭМС в настоящее время являются миниатюрные устройства для измерения ускорений. В частности, их широко используют в устройствах, контролирующих раскрытие подушек безопасности в автомобилях при авариях. ■ Микрозеркала. Устройства, использующие системы подвижных зеркал шириной всего 10 мкм, предложила компания Texas Instruments. Угол наклона каждого зеркала независимо управляется МЭМС-устройством, благодаря чему можно либо отражать, либо блокировать свет. Подобные системы используются в проекто- рах для графических презентаций. В свою очередь, благодаря совмещению ак- селерометров на основе МЭМС для регистрации внешних вибраций с МЭМС- микрозеркалами для коррекции лазерного луча, компания Xerox создала лазер- ные принтеры с чрезвычайно высоким разрешением печати. ■ Микрокапиллярные устройства. Кремниевые чипы с микроскопическими каналами могут быть использованы для адресной in vivo доставки контролируемых коли- честв лекарственных препаратов. В частности, специально для больных сахар- ным диабетом было разработано интегрированное МЭМС-устройство, объеди- няющее сенсор на глюкозу и диспергатор инсулина. Микрокапиллярные устрой- ства на основе МЭМС могут использоваться в струйных принтерах для нанесе- ния чернил на бумагу. ■ Биомедицинские имплантаты. Недавно были созданы кремниевые МЭМС- устройства, содержащие звуковой сенсор и микропроцессор, который расклады- вает звуковые волны на Фурье-гармоники. Устройство имплантируется непо- средственно в человеческое ухо, после чего полученные Фурье-компоненты на- прямую передаются слуховому нерву, благодаря чему глухие люди обретают возможность слышать. В настоящее время разрабатываются аналогичные устрой- ства для восстановления зрения. Как ожидается, рынок биомедицинских им- планта тов на основе МЭМС в ближайшее время будет стремительно расти. Помимо перечисленных устройств, на основе МЭМС созданы оптические переклю- чатели и затворы, сенсоры напряжений и давления, гироскопы и даже виброчувст- вительные джойстики в новых игровых приставках NiNtendo. Размер МЭМС уменьша- ется от года к году, открывая новые перспективы для их использования, и лишь наше воображение способно подсказать нам, какие еще удивительные МЭМС- устройства появятся на свет в ближайшем будущем (рис. 3). Уже сегодня мно- жество элементов конструкции МЭМС лежит в нанодиапазоне, открывая тем самым новую эру микросистемотехники — эру наноэлектро-механических систем и наноак- тюаторов. Литература 1. Poole Ch.P., Owens F.J. Introduction in nanotechnology. John Wiley & Sons, Inc. 2003 (русское издание: Пул Ч., Оуэне М. Нанотехнологии. М.: Техносфе- ра (серия «Мир материалов и технологий») , 2006. 336 с). Мицеллы Micelles Вот идет Еж по лесу, похрюкивает, ножками-коротышками по корешкам постукивает. Лис на него. Еж брык! — и стал шариком. Поди-ка, сунься к нему, — кругом колючки. Виталий Бианки. «Как Лис Ежа перехитрил»
Наверняка вы видели в поле или в лесу живого ежика... или хотя бы на картинке — маленький, беззащитный — как, наверное, ему трудно жить среди опасных хищ- ников ! Конечно, при встрече с лисой еж не может вступить с ней в бой, нет у него страшных зубов, да и размеры не те. Но природа не зря подарила ему ост- рые иголки — при приближении опасности ежик мгновенно сворачивается в клубок, и лисице ничего не остается, как колоть о них свой нос — вот же еж, близко, а не достанешь. Вы спросите, при чем здесь мицеллы? Дело в том, что поведение ежа в моменты опасности очень похоже на поведение мицелл в «недружественной» среде. Мицеллы — это ассоциаты амфифильных молекул поверхностно-активных ве- ществ (ПАВ), обладающих полярной гидрофильной «головой» (амино-, карбоксиль- ной, сульфо-эфирной или сульфо-группой, «любящей» воду) и неполярным углево- дородным «хвостом». Если такое вещество растворить в любой жидкой среде, мо- лекулы ПАВ будет заполнять ее поверхность (см. Пленки Ленгмюра-Блоджетт), до тех пор, пока их концентрация не достигнет некоторого предельного значения, называемого критической концентрацией мицеллообразования (ККМ). При этом мо- лекулы ПАВ будут обращаться к жидкой фазе тем концом, который ближе по хими- ческой природе к молекулам растворителя. Выше же критической концентрации ми- целлообразования молекулы начнут «съеживаться», образуя замкнутые ассоциаты, гидрофильная или гидрофобная часть которых полностью замкнута в объеме мицел- лы (рис. 1) . Если мы растворяем ПАВ в полярной среде (например, в воде) , то наружу будут обращены полярные части молекул, а мицеллы будут называться «прямыми». Если же молекулы ПАВ поместить не в воду, а, например, в неполяр- ное масло, то они, словно ежик, свернутся в клубки, выставив, как иголки, на- ружу свои гидрофобные хвосты. Такие мицеллы носят название «обращенных». Дви- жущей силой такого поведения молекул является уменьшение межфазного натяжения на границе мицелла-растворитель. ВОДА неупорядоченная срела МАСЛО Рис. 1. Диаграмма состояния системы вода-масло-ПАВ.
Вообще величина ККМ сильно зависит от природы ПАВ, длины углеводородного радикала, электролита и рН раствора. Чем длиннее углеводородный радикал и слабее полярная группа, тем ниже может быть концентрация ПАВ, вызывающая ми- целлобразование. При увеличении концентрации ПАВ мицеллы могут деформировать- ся и приобретать несферическую форму. Так можно получить несферические типы мицелл: цилиндрические, гексагонально упакованные, ламеллярные и проч. Если взять растворитель сложного состава, смешав компо ненты согласно диаграмме состояния «полярный растворитель — неполярный растворитель — ПАВ», то можно получить микрогетерогенные системы, полярная и неполярная фазы которых будут пространственно разделены мономолекулярной пленкой ПАВ в объеме кажущейся од- нородной жидкости. Мицеллярные системы активно используют в процессах синтеза наноструктур и наномате-риалов. Так, синтез в обращенных мицеллах яв ляется на сегодня самым распространенным способом формирования однородных по размеру наночастиц, а прямые мицеллы применяют для темплатнохю синтеза цеолитов, мезопорис-тых мо- лекулярных сит и нанопористых соединений. В природе мицеллоподобные структуры образуются в крови, в межтканевой жидкости, в липосомах и рибосомах, а также служат основными компонентами при транспорте липидов и в процессах биоминера- лизации . Литература 1. Щукин Е.Д., Перцов А.В., Амелина Е . А. Коллоидная химия: Учебник для сту- дентов вузов. М.: Высшая школа, 2006. 444 с. Молекулярная электроника Molecular Electronics Электрон неисчерпаем, как и атом. В.И. Ленин. «Материализм и эмпириокритицизм» Давно ли Вы обращали внимание на электрическую схему материнской платы Ва- шего компьютера? А ведь каждый ее компонент представляет собой сложное элек- тронное устройство с размерами элементов не толще человеческого волоса. Тем не менее, современная электроника требует все большего и большего уменьшения их размеров. Уже сегодня производятся 100-нанометровые транзисторы, оп- робованы одноэлектронные транзисторы на основе отдельных углеродных нанотру- бок, разработаны первые алгоритмы вычислений для квантовых компьютеров. Каков же минимальный размер электронного элемента и возможно ли собрать его из отдельных атомов? Именно эти вопросы ставит перед собой молекулярная элек- троника , рассматривающая электронные устройства на основе отдельных молекул. Уже более 50 лет назад в органической химии появились первые «проводящие по- лимеры» имеющие сопряженную систему орбиталей на всей длине макромолекулы. Такой полимер представляет собой простейший проводник и может быть использо- ван в качестве провода в молекулярной электронике. Аналогично, алкильная цепь будет проявлять резистивные свойства, а из двух акцепторных групп можно соз- дать простейший конденсатор. Если же в отдельной молекуле реализуется энерге- тический барьер, аналогичный p-n-переходу в полупроводнике, то такая молекула будет проводить ток лишь в одну сторону, то есть являться простейшим диодом. Для создания же элементов логики на основе отдельных диодов нужно лишь нау- читься объединять их в функциональные сети. Интересно, что многие важные принципы молекулярной электроники, например, сборка сложных устройств из мо- дулей, заимствованы из сходных областей науки — компьютерной архитектуры, по- лупроводниковых технологий и т.д. Так, на рис. 1 представлено схематическое
изображение органической молекулы (теоретическая модель), которая может вы- ступать в качестве логического элемента «И». Рис. 1. Электрическая схема и молекулярный аналог ло- гического элемента «И». Изучение электрических свойств отдельных молекул связано с измерением их вольтамперных характеристик (ВАХ), которое и является одной из самых сложных задач на пути создания молекулярных электронных устройств. Наиболее просто проводить измерение самособирающихся монослоев на атомно-гладких по- верхностях, а затем оценить ВАХ отдельной молекулы. Однако, несмотря на огромные возможности и перспективы развития логических устройств на основе различных молекул безоблачное будущее молекулярных компь- ютеров во многом омрачено рядом проблем, связанных как с необходимостью реше- ния научных, так и чисто технологических проблем. К их числу относятся про- блема комбинирования устройств на молекулярном уровне без изменения их ин- дивидуальных электрических свойств, проблема синтеза сложных органических мо- лекул, получение надежных токопроводящих контактов, рассеяние энергии элек- тронов на колебательные и другие моды, приводящие к движению молекул, ну и конечно, проблема охлаждения молекулярных компьютеров. Вопросы, требующие решения, отнюдь не ограничиваются этим списком. Появятся ли молекулярные компьютеры — время покажет. Литература 1. Aviram A., Ratner M.A. Molecular Rectifiers. Chem. Phys. Lett. 1974. Vol. 29. P. 277. 2. Ellenbogen J.C., Love J.Ch. Architectures for Molecular Electronic Computers: 1. Logic Structures and an Adder Designed from Molecular Electronic Diodes, Proceedings of the IEEE. 2000. Vol. 88. № 3. P. 386- 426.
Moлекулярно-лучевая эпитаксия Molecular Beam Epitaxy Кисть, рука и палитра нужны, чтобы рисо- вать , но картина создается вовсе не ими. Жан Шарден Жизнь современного человека трудно себе представить без микроэлектронной техники. В основе большинства микросхем, светоизлучающих диодов и других по- лупроводниковых систем лежат многослойные структуры из различных полупровод- никовых материалов. Вынесенное в эпиграф изречение о живописи может быть в полной мере отнесено и к современной микроэлектронике: будучи очень важной, задача создания многослойных структур является одновременно и очень сложной: недостаточно уметь формировать «дорожки» металлов или полупроводников — необ- ходимо еще и разработать дизайн всей схемы в целом. При этом элементы микро- электроники, например, излучающий элемент даже самой обыкновенной лазерной указки, включают до 5-7 полупроводниковых слоев, а их толщина не превышает доли микрометра, что на два-три порядка меньше толщины человеческого волоса. Самым передовым методом получения многослойных полупроводниковых систем, гетероструктур и тонких пленок с контролем толщины на атомном уровне является метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). По сути МЛЭ представляет собой ре- зультат фантастического усовершенствования достаточно старого способа нанесе- ния пленок путем испарения вещества в вакууме. В методе МЛЭ тонкие (толщиной от нескольких нанометров) упорядоченные слои формируются на нагретой монокри- сталлической подложке в сверхвысоком вакууме (до Ю-12 атм) (рис. 1) . Высокая температура способствует быстрой миграции атомов по поверхности, в результате чего атомы занимают строго определенные положения, ориентированные относи- тельно подложки — происходит эпитаксиальный рост кристаллической пленки. эффузионные ячейки Рис. 1. Упрощенная схема ростовой камеры в системе МЛЭ. Основным блоком системы МЛЭ является ростовая камера, в которой испарение материалов осуществляется из эффузионных ячеек — нагреваемых до высокой тем-
пературы полых цилиндров с крошечным отверстием в крышке (эффузия — медленное истечение газов через малые отверстия). В одной ростовой камере может распо- лагаться несколько испарителей, каждый из которых предназначен для нанесения одного вещества. Испаряемый материал осаждается на подложку, закрепленную на манипуляторе с нагревательным устройством. Помимо испарителей, в ростовой ка- мере находятся системы анализа растущей пленки, например, масс-спектрометр для анализа состава остаточной атмосферы в камере или дифрактометр отраженных электронов, контролирующий структуру формируемых пленок. В настоящее время большинство установок для МЛЭ состоят из автоматизирован- ных модулей (рис. 2) , которые подразделяются на технологические и вспомога- тельные . Технологические модули предназначены для проведения определенного технологического процесса — очистки подложек, осаждения пленок, анализа фор- мируемых структур и т.д.). Вспомогательными являются, например, модуль за- грузки-выгрузки, модуль предварительной откачки и обезгаживания вакуумных ка- мер и др. Входящие в состав комплекса МЛЭ модули соединяются между собой шлю- зовыми устройствами и системой перемещения подложек и образцов из одного мо- дуля в другой без нарушения вакуума. Рис. 2. Комплекс для молекулярно-лучевой эпитаксии фирмы RIBER. Большие размеры, сложность конструкции, высокая стоимость (до десятков мил- лионов долларов) делает комплексы молекулярно-лучевой эпитаксии «пирамидами» века нанотехнологий. Литература 1. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры / Ред. Л. Ченг, К. Плог. М.: Мир, 1989. 580 с. Наноактюаторы Nanoactuators ...кратчайшее выражение смысла жизни может быть таким: мир движется и совершенствуется. Главная задача — внести вклад в то движение, подчиниться ему и сотрудничать с ним. Л.Н. Толстой Слово «наноактюатор» является калькой с английского nanoactuator — что-то очень маленькое, что может действовать (act в переводе означает «действо-
вать»). Действовать можно, конечно, по-разному, но когда говорят о нано- актюаторах, речь, как правило, идет о механическом действии — например, о ли- нейном перемещении или вращении чего-либо. Наноактюаторы очень востребованы в различных наноустройствах. Например, наномашина не смогла бы ездить без нано- актюатора — своего молекулярного мотора, а нанороботы не могли бы делать ша- ги. Очевидно, что для движения какого-либо объекта нужно подвести к нему и за- тратить некоторое количество энергии, точно так же как для человека необходи- ма еда, чтобы двигаться и жить. На сегодняшний день известно много способов преобразования химической и электрической энергии в механическую. По сравне- нию с традиционно используемым в макроскопических масштабах электромагнитным методом, в нанотехнологии существует возможность применения и других принци- пов, которые в случае макротехнологии не имело смысла использовать по функ- циональным или ценовым характеристикам (см. табл. 1). Очевидно, что выбор принципа активации следует проводить с учетом максимальной эффективности, мощности и быстродействия наноустройств. Кроме того, одной из наиболее важных характеристик принципа действия устройства является максимальная сила, разви- ваемая в процессе преобразования энергии, F = ridW/ds которая в общем случае зависит от масштаба системы. Так как энергия одно- родной системы пропорциональна ее объему (R3) , максимальная сила, развиваемая актюатором, пропорциональна R2. В случае непотенциальных полей взаимодействие элементов системы может оказаться нелинейным, что приводит к отклонению пока- зателя степени от 2 — то есть энергия будет теряться впустую. В общем случае взаимосвязь между силой и размером системы может быть описана соотношением F « Rn, где показатель степени п во многом определяет эффективность конкретного способа преобразования энергии, который может изменяться при переходе от мак- ро- к микро- и нанодиапазону. Действительно в микро- и наносистемах вместо электромагнитного принципа преобразования энергии, используемого повсеместно в макроэлектронике, часто используют пьезоэлектрический или электростатиче- ский эффекты (табл. 1). Таблица 1. Типичные значения плотности энергии, показатели степени зависи- мости силы от масштаба системы, времена отклика и коэффициенты полезного дей- ствия различных принципов преобразования энергии актюаторов Метод активации Электростатический Электромагнитный Пьезоэлектрический Памяти формы Термопневматический Биметаллический Молекулярный Биологическое преобразова- ние энергии Плотность энер- гии, Вт'с/м3 ю4 ю5 2105 3,5105 < 5105 106 2107 6107 Показатель сте- пени для F « Rn 2 от 2 до 4 2 2 2 2 - - Время от- клика , X <v * ^^^мех < 50 мс 10 мс < 50 мс < 50 мс кпд, % 0,5 < 0,01 0,3 0,01 0,1 10"4 0,5 0,6 "Смех — время механического отклика системы, зависящее от вязкоупругих свойств материала (^1 мкс). Очевидно, что в зависимости от выбора принципа работы наноустройств подвод энергии к микро- или наноэлектромеханической системе может осуществляться
электрически, термически или химически. Электрические наноактюаторы управляются наиболее просто — приложением внеш- ней разности потенциалов или электромагнитного поля. Простейшие типы таких актюаторов включают пьезодвигатели и электростатические актюаторы на основе плоскопараллельных конденсаторов, однако возможны и более сложные и инте- ресные решения. Исследователи из Беркли, США, например, создали электрический наноактюатор, очень похожий на обычный электромотор. Вращающаяся часть, назы- ваемая ротором, — крошечная золотая пластинка размером около 250 нм, которая закреплена на оси — углеродной нанотрубке. Вокруг ротора расположено три электрода — два по бокам и один снизу. Подавая на электроды переменное электрическое напряжение с амплитудой около 5 В, ученые заставляют наномотор вращаться. Рис. 1. Наноактюатор-мотор. Слева приведена схема, а справа — изо- бражение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа. Тепловые актюаторы обычно создают на эффектах теплового расширения или де- формации контакта двух материалов (часто — пары металл-диэлектрик) за счет различия в коэффициентах теплового расширения. Разогрев элементов производят, пропуская через них электрический ток или нагревая окружающую среду. Такие актюаторы могут создавать достаточно большие силы, однако эффективность ис- пользования энергии оказывается весьма низкой. Увеличение разницы коэффициен- тов теплового расширения материалов позволяет несколько увеличить КПД, однако общая эффективность этих устройств обычно не превышает 0,1%. Химическое управление наноактюаторами осуществляется при помощи изменения состава окружающей среды, ее кислотности и других факторов. Иногда (как на- пример, в моторе наномашины) используют свет, который, воздействуя на химиче- ские молекулы, приводит актюатор в движение. К химическим наноактюаторам от- носятся и так называемые биологические молекулярные моторы. Примером такого мотора может быть EcoR124I — это крошечное устройство способно выталкивать и втягивать сделанный из молекулы ДНК стержень со скоростью почти 190 нм в се- кунду, а общее перемещение может достигать 3 мкм!!! Диаметр этого стержня — всего 2 нм. Вместо нанобатарейки такой молекулярный мотор использует молекулы АТФ — источник энергии, которым пользуются живые клетки (и наши клетки в том числе). Таким образом, чтобы включить мотор, нужно впрыснуть порцию молекул АТФ.
Рис. 2. Биологический молекулярный мотор. На нижнем изображении шток, представляющий собой молекулу ДНК, полностью втянут, на верх- нем изображении — частично вытолкнут. Другой молекулярный мотор — АТФ-синтетаза, предназначенный для синтеза или гидролиза молекул АТФ, а также для переноса протонов (Н+) через мембрану клетки, работает в клеточных мембранах животных, обеспечивая стабильность внутриклеточного рН цитоплазмы. Он преобразует энергию, запасенную в протонном градиенте, в химическую энергию. За объяснения его функционирования внутри клетки Е. Скоу, П. Бойер и Дж. Уолкер (J.C. Skou, P. Воуег и J. Walker) получили Нобелевскую премию в 1997 году. Интересно, что при синтезе или гидролизе АТФ одна из частей энзима совершает вращательное движение по или против часовой стрелки, впуская прото- ны внутрь клетки или выпуская их наружу (рис. 3) . По эффективности работы и развиваемой силе АТФ синтетаза существенно превосходит все известные в приро- де молекулярные моторы. Типичная сила, продуцируемая такой молекулярной тур- биной, составляет около 1 пкН, а мощность — порядка 1 аВт (1'10~18 Вт) . Существует множество других наноактюаторов, созданных на основе биологиче- ских молекул, полимеров, кремния и других материалов. И все они по-своему оригинальны и необходимы. Ведь если не будет наноактюаторов, то у нас не ос- танется никаких возможностей внести свой вклад в движение наномира. См. также: Микроэлектромеханические системы, Наноэлектромеханические систе- мы
Рис. 3. АТФ-синтетаза. Литература 1. Kohler М., Fritzsche W. Nanotechnology: An Introduction to Nanostructuring Techniques, Willey-VCH, 2004 2. Fennimore A.M. et al. Nature. 2003. Vol. 424, July. P. 408-410. Нанобатарейки Nanobattery Анод, катод, электролит — Набор чем этот знаменит? Мы голову ломать не стали И батарейкою назвали. Е. А. Померанцева Наверное, все помнят футуристическую трилогию «Матрица», в которой искусст- венному разуму не хватало энергии, и роботы коварно использовали людей в ка- честве батареек. Сегодня энергетический голод еще не наступил, и люди сами пытаются делать химические источники тока для своих микроэлектронных соз- даний. Действительно, как сейчас обойтись без батареек? В современный век массового производства и потребления электронных устройств, таких, как фото- и видеокамеры, портативные компьютеры, мобильные телефоны, кардиостимуляторы и т.д. необходимо разрабатывать легкие химические источники тока с высокой запасенной энергией и выдаваемой мощностью. Батарейки и аккумуляторы состоят из трех основных частей: положительного и отрицательного электродов (катода и анода соответственно) и электролита (рис. 1) . В процессе разряда батарейки ионы переходят из анода в катод через элек- тролит или мембрану, при этом по внешней цепи (обычным проводам) с включенным в цепь устройством движется ток электронов — электрический ток. Именно этот вид энергии человечество и научилось использовать для питания своих микро- электронных или механических созданий. Собственно, для того и затевался хими- ческий источник тока, чтобы непосредственно использовать в форме элект- рического тока энергию той или иной удобной химической реакции. Для ряда электрохимических систем этот процесс может быть обратимым, и поэтому выделя- ют два типа батареек: первичные, неперезаряжаемые, действие которых заканчи- вается по окончании процесса разряда, и вторичные, перезаряжаемые, для кото- рых циклы разряд-зарядка многократны.
заряд положительный электрод отрицательный электрод разряд заряд ^;DV poo Boo °стооа О ! разряд 4-4 электролит Рис. 1. Мир батареек: а — схематическое представление принципа работы литий-ионного аккумулятора, б — 25 000 параллельно соеди- ненных нанобатарей. Последние достижения в области биомиметики и молекулярной электроники по- зволяют сегодня всерьез задуматься об энергетических нанобатарейках (в бук- вальном смысле слова «нано») . Еще в 2003 году в университете Тулса (США.) была создана батарейка толщиной около 500 нм, а в Национальной лаборатории Sandia (США.) работают над созданием нанобатарейки, предназначенной для снабжения энергией различных имплантируемых устройств, например, искусственной сетчатки глаза. В перспективе батарейки нанометровых размеров смогут применяться для пита- ния нано-машин, МЭМС, умной пыли (см. Умные материалы), микропечатных интег- рированных схем, активных элементов радиочастотных антенн-меток. Они, несо- мненно, найдут применение в микроэлектронике, медицине и других отраслях нау- ки. В то же время, когда говорят о нанобатарейках, обычно имеют в виду не нано- размер самой батарейки, а тот факт, что при ее изготовлении использовали на- нотехнологии. Сейчас этому разделу науки, который часто называют наноионикой, посвящены целые разделы конференций, организуются новые фирмы и компании. Это связано с тем, что все более востребованными становятся надежные, дол- говечные, безопасные и дешевые химические источники тока (ХИТ). Мировой рынок таких продуктов превысил в 2006 г. 50 млрд долларов и чрезвычайно перспекти- вен с точки зрения привлечения инвестиций.
Типичный пример победы «батареечных нанотехнологий» — широко известный дол- говечный элемент питания «Дюрасел». Наверняка вы до сих пор помните навязчи- вую телерекламу с бодрым розовым зайчиком-барабанщиком, который шумит «в 10 раз дольше»?.. В этих бата рейках самый дешевый и известный еще с 1867 г. марганец-цинковый, Zn-Mn02, элемент француза Жоржа Лекланше обрел вторую, «наноматериальную», реинкарнацию за счет изменения дисперсности составляющих его компонент. В настоящее время по всему миру проводится огромное количество экспериментов, позволяющих получить известный всем диоксид марганца в виде наночастиц, нанопластин, наноусов и даже нанотрубок. Известно также, что та- кие материалы работают в батарейках дольше, быстрее перезаряжаются в аккуму- ляторах, если в них интеркалирован литий. Кроме диоксида марганца все еще распространены манганиты со структурой шпинели, слоистые кобальтиты лития, в последнее время все чаще используются углеродные и неуглеродные нанотрубки, диоксид титана и т.д. (рис. 2). В последнее время все больше и больше систем становятся потенциальными кандидатами для использования в наноионике. К ним, например, относится материал LiFeP04 с каркасной структурой минерала оливина, срок службы аккумуляторов на основе которого, по прогнозам, увеличится по сравнению с предыдущими образцами в 10 раз, мощность возрастет в 5 раз, зна- чительно уменьшится время заряда (более 90% емкости через 5 минут). Первые коммерческие образцы вторичных химических источников тока, агрессивно рекла- мируемые фирмами Toshiba, Nanosafe и др., способны заряжаться уже не за часы, а за минуты, теряют только проценты емкости после тысячи циклов зарядка- разрядка, могут работать при температурах до -40 С. Рис. 2. Потенциальные кандидаты для применения в химических ис- точниках тока, а — наноструктурированные порошинки диоксида ти- тана после гидротермальной обработки, б — нанотрубки на основе оксида ванадия, в — «водоросли» из нановискеров так называемых «ванадиевых бронз» BaV9Ox.
При использовании материалов наноионики, конечно, возникают и новые камни преткновения. Например, из-за высокой реакционной способности наночастицы с удовольствием реагируют с электролитом и вообще со всем, с чем соприкасаются. В состоянии покоя батарейка теряет в среднем 7-10% запаса энергии, поскольку электрохимическая реакция идет и тогда, когда батарейка не подключена к по- требителю электроэнергии. Поэтому в некоторых случаях, например, для контроля радиоактивности или накопления токсичных веществ, в палатах интенсивной тера- пии и в операционных чрезвычайно важна разработка так называемых резервных батарей, в которых электролит отделен от электродов до тех пор, пока батарея не активирована. С использованием нанотехнологий, а именно, с изобретением «нанотравы» из супергидрофобных (несмачиваемых) столбиков кремния, способных изменять величину смачиваемости в зависимости от приложенного напряжения, по- является реальная возможность значительно миниатюризировать такие батареи (компания mPhase). При создании микро- и нанобатареек не обязательно использовать наночастицы. Часто применяют другой подход, когда создают «пачку» двумерных, планарных ге- тероструктур. Чередующиеся слои состоят из ЫСоОг или LiMn204 — катода, элек- тролита-пленки в виде оксинитрида-фосфида лития и анода — оксинитрида олова- кремния. Геометрическая плотность энергии достигает 0,28 мАч/см2. В концепции трехмерных (3D) батарей сэндвичевая структура формируется на любой неплоской (перфорированной) поверхности, содержащей до 20 000 отверстий-каналов на каж- дом квадратном сантиметре. Такие батареи в 10-100 раз эффективнее обычных. Литература 1. Иванов-Шиц А.К. Ионика твердого тела. Т. 1, 2. 2. Jiang С, Hosono E., Zhou H. Nanotoday. 2006. Vol. 1, № 4. P. 28. 3. Krupenkin T.N., Taylor J.A., Schneider T.M., Yang S. Langmuir. 2004. Vol. 20. P. 3824. Нановесы Nanobalance Техника будущего — это, прежде всего, физика в ее приложениях. А.Ф. Иоффе Вы когда-нибудь пробовали взвесить пылинку с помощью обычных весов? Навер- ное, нет, вряд ли такое бесперспективное занятие кому-то придет в голову — для всех очевидно, что частичка, масса которой намного меньше точности весов, останется незамеченной. Это и не страшно, скажете Вы, зачем вообще ее взвеши- вать ! Давайте задумаемся, а как же быть с другими мелкими объектами, напри- мер, наночастицами? Хорошо известно, что свойства наноструктур во многом оп- ределяются их размером и формой, и в ходе синтеза практически невозможно по- лучить набор абсолютно идентичных наночастиц. Поэтому, измеряя физические свойства наноструктурированных объектов, мы, как правило, получаем среднюю характеристику объемного образца, практически ничего не говорящую о свойствах образующих его нанофрагментов. В связи с этим одной из ключевых задач нано- науки является изучение свойств индивидуальных наночастиц с заранее известной и четко выраженной атомной структурой. Очевидно, что слишком маленький размер наночастиц, так же как и в случае с пылинкой, делает невозможным применение для этого традиционных измерительных методик. Даже самые современные приборы имеют точность порядка 10~9 г, что на много порядков превышает массу единичных наночастиц. То есть в наномире нужны свои измерительные наноинструменты!
В создании таких инструментов в очередной раз, благодаря своим уникальным электронным и механическим свойствам, помогли углеродные нанотрубки, способ- ные проводить электрический ток и обладающие высокой механической прочностью. Если к углеродной нанотрубке, один конец которой прочно закреплен, а другой остается свободным, приложить внешнее напряжение, то индуцированный заряд преимущественно сосредоточивается на свободном конце, и за счет электростати- ческих сил происходит отклонение нанотрубок от исходного положения. Приложе- ние попеременно отрицательного и положительного напряжения позволяет осуще- ствлять цикл нагрузка-разгрузка трубки. Если пойти дальше и менять частоту подаваемого напряжения, то можно добиться резонанса с частотой собственных колебаний нанотрубки, что позволит точно измерить данную характеристику. Ре- зонансная частота колебаний углеродной нанотрубки определяется диаметром, длиной и прочностью на изгиб и является ее индивидуальной характеристикой. В 2000 году американскими учеными из Georgia Institute of Technology было предложено использовать описанный принцип для создания самых маленьких и чув- ствительных весов в мире. Действительно, если определить частоту собственных колебаний отдельной нанотрубки, а затем прикрепить к ней исследуемый нанооб- разец, то оказывается, что резонансная частота колебаний уменьшается более чем на 40% по сравнению с ненагруженной трубкой. В результате с высокой точ- ностью можно рассчитать массу образца вплоть до величин масс порядка Ю-15 г. Для этого необходимо только откалибровать углеродную нанотрубку, чтобы опре- делить ее жесткость (рис. 1). Рис. 1. Колебание углеродной нанотрубки, нагруженной наночастицей с массой порядка 22 10-15 г. В перспективе такие весы могут быть использованы для измерения масс больших биомолекул и биомедицинских объектов, например, вирусов. Литература 1. Wang Z.L., Poncharal P., de Heer W.A. Journal of physics and chemistry of solids. 2000. Vol. 61. P. 1025.
Нановолокна Nanofibres Оглянулся Паучок, а в уголке Только ниточка осталась на сучке. Стал жучков он, разных бабочек скликать, Через ниточку-веревочку скакать! Пригодилась паутинка для добра. Тут и сказочку кончать пришла пора. Ю. Любимцева Есть один детский стишок, который начинается словами «Сплел однажды паутин- ку паучок». Так вот этот самый паучок и не подозревал, что создал чрезвычайно интересный нанообъект — нановолокно. Однако не только пауки умеют плести на- новолокна. Это научились делать и люди, разработавшие так называемый метод электроспиннинга, использованный первоначально для получения ультратонких по- лимерных волокон, а в дальнейшем — для получения разнообразных неорганических и органо-неорганических гибридных нановоло-кон. Образование волокон в методе электроспиннинга осуществляется извержением электрозаряженной струи из тонко- го капилляра под действием высокого напряжения (рис. 1). Когда струя высыхает или затвердевает, остаются электрически заряженные волокна, которые часто об- разуют переплетенный слой. Морфология нановолокон зависит от условий полу- чения, включая концентрацию раствора, силу прикладываемого электрического по- ля и скорость поставки раствора прекурсора. Полученные таким способом наново- локна затем можно собирать в удобные геометрические формы, например, полотна. Раствор или расплав полимера i л * Высокое напряжение Извергаемая струя Коллектор Рис. 1. Схематическое представление процесса электроспиннинга. Методом электроспиннинга можно получать волокна диаметром до нескольких де- сятков нанометров (рис. 2). Масса такой нанонити чрезвычайно мала. Например, если учесть, что расстояние между Землей и Луной составляет 380 тыс. км, то
понадобится всего лишь ^3 г нановолокна диаметром 100 нм и плотностью 1 г/см3 для того, чтобы соединить нашу планету с ее единственным спутником. За счет малого диаметра нановолокна обладают большой удельной площадью поверхности, что чрезвычайно важно для биомедицинских и промышленных применений. Рис. 2. Полипропиленовые волокна, полученные методом электро- спиннинга и обычного вытягивания. Диаметр нанонити, полученной методом электроспиннинга, составляет ^300 нм. Нановолокна нашли применение в многочисленных областях современной жизни. Как и другие нитевидные материалы, нановолокна, полученные методом электро- спиннинга , можно использовать в качестве армирующих волокон. Переплетенные нановолокна образуют пористую структуру, где размер пор нахо- дится на уровне или только чуть больше диаметра нанонитей, а отношение объема материала к объему пор составляет ^1:3, что приводит к высокой пропускной способности, а значит, нановолокна являются отличным материалом для создания фильтров и защитной одежды. Наверное, самым распространенным является исполь- зование нановолокон в биомедицинских целях. Так, кость представляет собой композит, состоящий из нитей коллагена, на которых из раствора конденсируются кристаллиты гидроксиапатита, придающие кости необходимую прочность. Таким об- разом можно создать и искусственную кость. Кроме того, разрабатываются специ- фические полимерные нановолокна для восстановления нервной системы и крове- носных сосудов. Нановолокна неорганических материалов также находят широкое применение в практике. Так, полученные методом электроспиннинга и до- тированные оксидом эрбия(III) нановолокна Ti02 можно использовать в качестве высокоэффективных и селективных эмиттеров для термофотоэлектрических примене- ний. Большая площадь поверхности и хорошие транспортные свойства определяют возможность использования нановолокон в качестве сенсоров. Например, наново- локна W03 хорошо реагируют на присутствие аммиака в различных концентрациях, а водород можно легко обнаружить с помощью нановолокон полианилина. Так что, учитывая все вышесказанное, можно смело сказать о нановолокнах: «Чрезвычайно тонкие и исключительно полезные!».
Литература 1. Burger С, Hsiao B.S., Chu B. Annual Review of Materials Research. 2006. Vol. 36. P. 333-368. 2. Исследование по электроспиннингу. Домашняя лаборатория. 2026-02-03 Наножидкости Nanofluids Видеть случалось мне, что прыгают в медных сосудах Самофракийские кольца с опилками вместо железа, бурно бушуя, когда под сосудом камень магнитный... Тит Лукреций Кар. «О природе вещей» На первый взгляд понятие «наножидкость» кажется абсурдным, ведь и без того хорошо известно, что жидкости имеют молекулярную природу, а размер молекул редко превышает 1 нм. Но в действительности, когда ученые рассуждают о нано- жидкостях, речь идет о более сложных системах, чем простая вода. Наножид- кости представляют собой частный случай ультрадисперсных систем с жидкой дис- персионной средой. Если в одной жидкости «растворены» капли другой, то в за- висимости от размера капель она носит название микро- или наноэмульсии, если же в ней равномерно распределены твердые наночастицы, то такую систему назы- вают золем или коллоидным раствором наночастиц. Ежедневно вы сталкиваетесь со многими примерами наножидкостей, возьмем хотя бы самый обычный чай или кофе, который вы, наверняка, пили сегодня за завтраком. Если в чашку чая посветить лазерной указкой, то можно увидеть, как через объем жидкости проходит лазер- ный луч (эффект Тиндаля), повторив же эксперимент с отфильтрованной чистой водой, подобный эффект вы наблюдать не будете. Дело в том, что чай относится к коллоидным растворам, которые содержат взвешенные в объеме растворителя твердые наночастицы, в общем случае, размером от 1 до 100 нм, на которых в рассмотренном эксперименте, собственно, и происходит рассеяние луча лазера — потому-то его и хорошо видно. При получении таких наножидкостей используют высокодисперсные порошки стабильных металлов, их оксидов и др. В качестве жидкой фазы чаще всего выступают водные растворы, содержащие различные орга- нические добавки и соли. Действие таких добавок во многом сходно с действием мыла или знаменитого «Fairy». Их роль заключается в предотвращении слипания частиц и их стабилизации во взвешенном состоянии, достигаемом за счет измене- ния физико-химических свойств поверхности при адсорбции органических молекул и высокозаряженных ионов. В противном же случае агрегация частиц приводит к быстрому выпадению их в осадок.
Наножидкости зачастую проявляют необычные свойства. Например, тепловые на- ножидкости способны эффективно переносить тепловую энергию с минимальными по- терями. Известно, что добавление всего лишь 5 объемных % наночастиц оксида меди увеличивает эффективную теплопроводность воды на 20%, а небольшой про- цент углеродных нанотрубок в теплонесущей жидкости изменяет ее теплопро- водность в несколько раз. Еще более широко известны так называемые магнитные наножид-кости, которые позволяют контролировать поведение жидкой фазы (рис. 1) . Дисперсная фаза магнитных наножидкостей представляют собой однодоменные магниты, случайно распределенные в объеме дисперсионной среды. При наложении магнитного поля моменты отдельных частиц выстраиваются по направлению поля, и жидкость намагничивается. В сильных полях возможно даже движение магнитных частиц в магнитном поле, создающее поток жидкости в заданном направлении. Магнитоуправляемые наножидкости, удерживаемые магнитным полем, способны обес- печить абсолютную герметизацию вакуумных устройств. Поэтому их активно ис- пользуют для герметизации вводов, обеспечи вающих вращательное, колебательное и другие виды движения в технологических процессах, требующих поддержания глубокого вакуума, а именно, в производстве полупроводников, при напылении металлов, вакуумной сушке, в электронных микроскопах, вакуумных печах, масс- спектрометрах и т.д. Рис. 1. Фотография магнитной жидкости, помещенной в магнитное поле. Магнитные жидкости, содержащие наночастицы железа или его оксидов, исполь- зуют в системах адресной доставки лекарственных препаратов в поврежденные ор- ганы (см. Бионанотехнологии и Наномедицина). Аналогичные наноматериалы приме- няют для борьбы со злокачественными опухолями методом гипертермии: попав в опухоль, магнитные наночастицы убивают раковые клетки за счет локального ра- зогрева поврежденной области в переменном магнитном поле. Рентгеноконтрастные наножидкости на основе танталата иттрия, «видимые» в рентгеновских лучах, по- зволяют получать изображение внутренних органов. Интересен тот факт, что даже природа использует магнитные жидкости. Ученые предполагают, что в носу форели находятся клетки, содержащие суспензии нано- частиц магнетита, благодаря которым рыба способна ориентироваться в простран- стве . Дело в том, что изменение ее положения относительно магнитного поля Земли приводит к изменению направления намагниченности ферромагнитной жидко- сти, которое обрабатывается мозгом форели и дает информацию о ее ориентации.
Литература 1. Ejikel J. С. Т., van den Berg A. Nanof luidics: what is it and what can we expext from it? // Microfluid Nanofluid. 2005. Vol. 1. P. 249-267. 2. Введение в магнитные жидкости. Домашняя лаборатория 2010-11 Наноиндентер Nanoindentor На белом снеге оттиск лапок Медлительных гусиных стад. С.А. Есенин. «Ноябрь» Представьте себе такую картину. Шел человек по асфальтированной дороге, по- том свернул на песчаный пляж и зашел в водоем с глинистым дном. А теперь по- смотрите на отпечатки его ног1. На асфальте ничего не видно, на песке остались следы в форме стопы, а на глинистом дне видны только ямки. Как вы думаете, с чем это связано? Конечно, с различной твердостью и упругостью материала по- верхности, по которой он двигался. А как определить эти характеристики? В данном случае для грубой оценки можно просто измерить глубину погружения сто- пы в песок или глину, используя ее, таким образом, в качестве анализатора по- верхности, или индентера (от англ. to indent — выдалбливать; indent — лунка, углубление). Однако для измерения твердости на микроуровне, например, твердо- сти минералов, нужны соответствующие микроанализаторы, в исследуемый материал погружают маленькую алмазную пирамидку и исследуют образовавшийся на поверх- ности отпечаток под оптическим микроскопом. Аналогичные принципы работают и на наноуровне. Еще в 1960-70-х годах в Ин- ституте металлургии АН СССР был разработан так на зываемый метод наноинденти- рования, согласно которому наноиндентер перемещается относительно исследуемой поверхности образца, погружаясь в нее с высокой точностью (рис. 1). При этом прилагаемое к нему усилие непрерывно регистрируется. Как правило, в качестве наноиндентера используются трехгранная (индентер Берковича) или четырехгран- ная алмазная пирамиды (индентер Виккерса), сделанные из самого твердого при- родного материала — алмаза. Такие наноиндентеры позволяют получить информацию о твердости поверхностных слоев (вплоть до нескольких нанометров) в широком диапазоне исследуемых нагрузок (1 мН — 2 Н). о ю.о нм Рис. 1. Отпечаток наноиндентера Берковича на тонкой пленке GaN, на- несенной на сапфировую подложку.
Для регистрации глубины погружения наноиндентера в исследуемый материал, т.е. для наблюдения оставленных им отпечатков на поверхности, используют вы- сокоразрешающий метод атомно-силовой микроскопии. По результатам измерений строят графики в координатах приложенная нагрузка—глубина погружения инден- тера, по которым можно определить твердость, пластичность, упругость и другие механические характеристики исследуемого образца. Если провести измерения сначала при нагружении, а затем при разгрузке индентера, то окажется, что по- лученные в этих двух режимах кривые не совпадают друг с другом из-за неэла- стичности исследуемых материалов. Метод наноиндентирования широко применяется в электронике и других высоко- технологических областях для изучения механических свойств пленок, покрытий, а также поверхностных слоев. Помимо этого, специально выдавливая зондом атом- но-силового микроскопа нанометровые углубления на какой-либо поверхности, можно получать микроизображения определенного рисунка (рис. 2). Такой процесс называется наночеканкой. Например, нанося на поверхность полимера высокоупо- рядоченные массивы нанометровых ямок, создают устройства хранения информации нового поколения, так называемую нанопамять. Рис. 2. Сетка с углублениями 20 нм, полученная методом наноче- канки на полиметилметакрилате. Литература 1. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М. : Академия, 2005. С. 186. 2. Петржик М.И., Штанский Д.В., Левашов Е.А. Современные методы оценки меха- нических и триболо-гических свойств функциональных поверхностей: Материалы X Международной научно-технической конференции «Высокие технологии в про- мышленности России». М., 2004. С. 311.
Нанокапсулы Nanocapsules Телушка за морем стоит полушку, да рубь перевоз. Русская поговорка Помните, как в русской народной сказке «Маша и медведь» сообразительная де- вочка Маша использовала берестяной кузов, чтобы добраться домой к бабушке и дедушке? В нем ничего не подозревающий медведь доставил девочку и испеченные ею пирожки из своей лесной избушки в деревню. Медведь не только перенес Ма- шеньку, но и помог ей пройти через темный лес, избежав опасных встреч с дру- гими его обитателями. Точно так же наши организмы «изолируют» инородные тела, маскируют частицы жира или гормоны, заключая их в своеобразные наноконтеинеры или нанокапсулы. Впервые обнаружить такие капсулы в живых клетках позволило изобретение электронного микроскопа. Оболочка природных наноконтейнеров во многом сходна со стенкой клеточной мембраны и состоит из липидных бислоев, отделяющих содержимое капсулы от внешней среды. В то же время, такой состав стенок дает возможность легко осуществлять транспорт веществ в капсулу или из нее. Будучи сформированными амфифильными веществами, капсулы способны перено- сить как полярные (большинство аминокислот, ДНК, РНК, ферменты, сахара), так и неполярные вещества (липиды, жирные кислоты, стероиды). Характерный размер наноконтейнеров, составляющий от 25 нм до нескольких микрометров, позволяет им легко проходить сквозь клеточные мембраны, перенося в них свое содержимое. При этом нанокапсулы не атакуются иммунной системой и воспринимаются организ- мом в качестве «своих», что позволяет использовать их при разработки эффек- тивных нанолекарств. При этом содержимое капсулы можно контролируемо «выгру- зить» в нужном месте организма, например, там, где достигается определенное значение рН среды. Рис. 1. Структура наноконтейнера и микрофотография нанокапсул с за- хваченными люминесцентными частицами. Недавно ученым удалось «приручить» наноконтеинеры, расшифровав последова- тельность из 100 аминокислот, которая, как ключом, открывает внешнюю оболочку нанокапсулы, образуя в ней «погрузочное отверстие». Успешным оказался и опыт внедрения в наноконтеинеры флуоресцентных наночастиц с привитыми молекулами белкового «ключа» (рис. 1). Первые эксперименты уже показали интересные ре- зультаты: после того как «наношаттлы» с флуоресцентными частицами были добав- лены в культуру с живыми клетками, те тоже начали светиться — груз попал в
цель! Как водится, понаблюдав за природой, человек заимствовал идею транспорти- ровки веществ в наноконтеинерах для реализации собственных планов и развития новых областей нанотехнологий. Сегодня к набору природных фосфолипидных кап- сул прибавились произведенные человеком, построенные из полимеров и молекул РНК, а также неорганические капсулы из диоксида кремния, диоксида титана и многие другие. Природные и искусственно синтезированные наноконтейнеры оказа- лись отличными кандидатами для перемещения в организме медикаментов, позволяя увеличить их растворимость, понизить токсичность и эффективную дозу, а также ферментов и фрагментов ДНК; для создания биосенсоров, способных отображать состояние отдельной клетки; для детоксикации клеток и удаления из них вредных веществ. Так, нанокапсулы, состоящие из трех цепей РНК, соединенных друг с другом в структуру, напоминающую по форме треугольник (рис. 2), имеют подхо- дящий размер, чтобы проникать внутрь клетки, а их строение позволяет помес- тить внутрь них молекулу РНК, отвечающую за остановку роста раковой клетки. Помимо чисто биологических применений, нанокапсулы весьма перспективны для разработки систем очистки окружающей среды от токсичных металлов и опасных биологических объектов, стабилизации неустойчивых хими ческих соединений, на- ночастиц и т.д. Кроме того, активно ведутся исследования по созданию элек- тронных нанопереключателей на основе заключенных в наноконтейнеры металлов и полупроводников. Рис. 2. РНК-капсула. Дальнейшее изучение природных и искусственных наноконтейнеров наверняка по- зволит расширить этот список. Литература 1. Lecommandoux S., Sandre О., Checot F. , Perzynski R. Progress in Solid State Chemistry. 2006. Vol. 34. P. 171. 2. Ruysschaert Т., Germain M. , Gomes J.F.P.D. et al. IEEE Trans. Nanobiosci. 2004. Vol. 3. P. 49.
Нанокерамика Nanoceramics Не боги горшки обжигают... Пословица Керамика — это неметаллические материалы и изделия, получаемые спеканием глин или порошков неорганических веществ. На греческом языке слово «керамика» означает гончарное искусство. Еще задолго до бронзового века люди научились изготавливать из глины посуду и кирпичи, однажды обнаружив, что высохшая и затвердевшая под солнцем глина может быть превращена в гораздо более прочный материал, если ее обжечь в огне. С тех пор керамическая технология шагнула далеко вперед, переходя на более высокие уровни сложности и захватывая все новые области применения. Сегодня классические керамические материалы широко используются и как конструкционные материалы — зачастую более твердые, легкие и жаропрочные, чем металлы и сплавы, и как разнообразные функциональные мате- риалы : оптические, магнитные, полупроводниковые, сверхпроводниковые, катали- тические , сенсорные, пьезоэлектрические. Керамика состоит из прочно связанных зерен-кристаллитов неорганических фаз: оксидов, карбидов, нитридов и др. и может содержать пустоты (поры) и аморфные включения. Нанокерамику можно определить как керамический материал, в котором кристал- литы имеют размеры менее 100 нм. Для ее изготовления требуются либо нанокри- сталлические порошки, либо аморфные материалы. (Для сравнения, в глинах раз- меры частиц составляют несколько микрон.) При термической обработке исходного материала наряду с процессом спекания (уплотнения и образования прочных меж- кристаллитных контактов) протекает процесс роста зерен керамики. Из-за высо- кой химической активности нанокристаллических веществ размер зерен в конечном материале может во много раз превысить исходный, приводя к образованию обыч- ной крупнокристаллической керамики. Чтобы эффективно затормозить рост кри- сталлитов и одновременно ускорить процесс спекания, используют специальные методы. Для эффективного уплотнения исходного нанопорошка применяют магнито- импульсное или ультразвуковое прессование, в ряде случаев образец дополни- тельно нагревают. Последующую термическую обработку проводят при более низких температурах, чем для обычной керамики, и вводят добавки, ингибирующие рост зерен. Хорошие результаты дает воздействие мощного микроволнового излучения, в результате которого происходит быстрый и кратковременный нагрев всего объе- ма образца. В качестве альтернативы используют исходно аморфный материал (стекло), в котором при нагревании начинается быстрая кристаллизация. При этом получается плотный нано- либо микрокристаллический материал, называемый ситаллом или стеклокерамикой. Чем же так привлекает нас нанокерамика? Оказывается, с уменьшением размера зерна до сотен-десятков нанометров увеличивается прочность керамики: изделие из нее становится не так легко разбить как, например, фарфоровую чашку, при этом возрастает и износостойкость. Может также появиться пластичность при по- вышенной или даже при комнатной температуре. Сам процесс спекания требует от- носительно невысоких температур, а применение бездефектных нанокристалли- ческих порошков приводит к получению очень однородного материала как на мак- ро-, так и на микроуровне. В результате этого улучшаются диэлектрические, магнитные и оптические свойства. Плотная керамика становится прозрачной, как стекло, а нанопористая керамика оказывается лучшим теплоизолятором, чем мик- ропористая. Наличие мелких однородных пор делает материал также полезным для селективного фильтрования и катализа. Из нанопористой керамики изготавливают, например, теплозащитные плитки для современных космических кораблей. И, на- верно, многие из вас сами видели уже используемую в быту нанокерамику — про-
зрачную (обычно темно-красного цвета), прочную, хорошо проводящую тепло и стойкую к резкому перепаду температур — на нагреваемой поверхности домашней электроплиты. С улучшенными свойствами нанокерамики связаны новые перспективы в индустрии наноматериалов: производство прочных, легких и термостойких деталей — лопаток турбин, сопел, ракетных обтекателей, резцов; изготовление биосовместимых ма- териалов с регулируемой пористостью для замены костной ткани и сердечного клапана; конструирование топливных элементов, сенсоров, солнечных батарей; создание материалов для магнитной записи (см. рис. 1), элементов микроэлек- троники, опто-электроники и микромеханических систем. Рис. 1. Магнитная композиционная нанокерамика на основе гекса- феррита стронция (светлые зерна), полученная кристаллизацией ок- сидного стекла. Литература 1. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М. : Физматлит, 2005. 416 с. 2. Seal S., Baraton M.-I. MRS Bulletin. 2004. January. P. 9-15. 3. Gogotsi Yu. Nanomaterials Handbook. CRC Press (Taylor and Francis Group), 2006. 790 p. Нанокластеры Nanoclusters Нас поражают больше деяния маленьких му- равьев и пчел, чем громадные тела китов. Св. Августин. «Град Господен» Вспомните, как часто вы слышали слово «кластер»? Многие из вас вспомнят ин- форматику, где кластер рассматривается как блок данных на жестких дисках ком- пьютеров, или уроки астрономии — звездный кластер (группа звезд, связанных друг с другом силами гравитации). Под понятием «кластер» (от англ. cluster — пучок, рой, скопление) понимают объединение нескольких однородных элементов, которое может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая опреде-
ленными свойствами. Вы видели, как роятся пчелы? Сотни маленьких пчел объединяются в рой, дей- ствуя как единое целое. Так и атомы объединяются в «рой», образуя кластеры. В химии термин «кластер» употребляется для обозначения группы близко распо- ложенных и тесно связанных друг с другом атомов, молекул, ионов, а иногда и ультрадисперсных частиц. Впервые это понятие стало использоваться в 1964 го- ду, когда профессор Ф. Коттон предложил называть кластерами химические соеди- нения , в которых атомы металла образуют между собой химическую связь. К кластерам также относят наночастицы упорядоченного строения, имеющие за- данную упаковку атомов и правильную геометрическую форму (рис. 1а). Как пока- зывают результаты исследований, в большинстве случаев формирование ядра кла- стера происходит в соответствии с концепцией плотной упаковки атомов. Число атомов в плотноупакованном кластере, построенном в виде правильного 12- вершинного многогранника, в зависимости от его размера составляет 13, 55, 147, 309, 561, 923, 1415, 2057, 2869 и т.д. Эти числа отвечают наиболее ста- бильным формам кластера, которые чаще всего и получаются в процессе синтеза, и носят название «магических». Тенденция формирования магических кластеров хорошо прослеживается на примере металлических кластеров: синтезирован ряд соединений с Au, Rh, Pt, Pd и др., содержащих от 13 атомов металла (например, [Aui3 (diphos) б] (N03) 4) ДО 2057 атомов (например, Fd561Fh&n60 (02) ±во (ОАс) i8o (рис. 16) . Рис. 1. Структура наночастицы: а — с кубической плотнейшей упаковкой атомов металла, б — икосаэдрический кластер Fd561Fh&n60 (02) i6o (OAc) i8o, phen - фенантролин. Кластерные соединения металлов с общей формулой MmLn классифицируют на ма- лые (m/n < 1) , средние (m/n * 1) , большие (m/n > 1) и гигантские (т » п) кластеры. Малые кластеры содержат обычно до 12 атомов металла, средние и большие — до 150, а гигантские (их диаметр достигает 2-10 нм) — свыше 150 атомов. Хотя термин «кластер» широко стал использоваться сравнительно недав- но, само понятие небольшой группы атомов, ионов или молекул является естест- венным для химии, так как связано с образованием зародышей в процессе кри-
сталлизации или ассоциатов в жидкости. В последнее десятилетие двадцатого века, с развитием нанотехнологии и усо- вершенствованием методов синтеза, ученые стали пользоваться новым понятием «нанокластер», которое по сути дела является синонимом кластера. Это понятие объединяет: молекулярные кластеры, газовые безлигандные кластеры, коллоидные кластеры, матричные кластеры и твердотельные нанокластеры. Молекулярные кластеры металлов — это многоядерные комплексные соединения, представляющие собой окруженный лигандами остов из атомов металлов. Примером подобных кластером могут служить кластеры палладия (Fd561Fh&n60 (02) i6o (OAc) i8o) или кластерные анионы молибдена ({MoVIi26MoV2s) O462H14 (Н20) 7о}14~) • Кластеры, не требующие стабилизации лигандами (безлигандные кластеры), бы- вают как металлические, так и неметаллические (рис. 2) . Например, в природе можно найти метастабильные кластеры золота. В обычных условиях безлигандные металлические кластеры с диаметром менее 30 нм неустойчивы. Для повышения ус- тойчивости их поверхность покрывают полимерами. К яркому представителю безли- ган дных неметаллических кластеров можно отнести и фуллерены (Сбо, С7о) • Фул- лерены — это кластеры углерода с четным числом атомов, расположенных на по- верхности многогранных полиэдров. На рисунке — нанокластер MoS2 на поверхно- сти (111) монокристалла золота. Рис. 2. Нанокластер MoS2 на поверхности (111) монокристалла золота. Коллоидные кластеры образуются в результате химических реакций и по отноше- нию к жидкой фазе их можно разделить на лиофильные (гидрофильные) и лиофобные (гидрофобные). Лиофильные кластеры, в отличие от лиофобных, сорбируют на сво- ей поверхности молекулы растворителя, образуя с ними прочные сольватные ком- плексы . Типичными представителями гидрофильных кластеров являются оксиды кремния, железа и других металлов. Твердотельные нанокластеры образуются в результате различных превращений в твердой фазе. Множество твердофазных взаимодействий сопровождается образова- нием зародышей продукта реакции, которые растут при последующей термической обработке. Матричные нанокластеры представляют собой изолированные друг от друга кла- стеры, заключенные в твердофазную матрицу, предотвращающую агрегацию. Известна еще одна форма уникальных кластеров, которые носят название сверх- кластеров . Это кластеры, в которых вместо отдельных атомов в узлах решетки находятся другие кластеры или наночастицы. Причем, как и в случае гигантских кластеров наиболее устойчивым конфигурациям будут отвечать сверхкластеры, имеющие форму правильного икосаэдра с завершенным числом слоев: то есть агре- гатов , число наночастиц в которых соответствует «магическим числам». Нанокластеры находят широкое применение в технике, например, в органическом синтезе используют высокую каталитическую активность нанокластеров переходных
металлов. Необычные оптические и электронные свойства кластеров полупроводни- ковых материалов, распределенных в органической или силикатной матрице, при- влекают внимание исследователей, работающих в области физики и химии низко- размерных систем и нелинейной оптики. Литература 1. Шпак М.С. Соросовский образовательный журнал. 1999. № 5. С. 54-59. 2. Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. М.: КомКнига, 2006. 3. Гусев А.И. Наноматериалы, структуры, технологии. М.: Физматлит, 2005. Наноклей Nanoglue Половинки пестрых радуг1 Склеим мы назло дождям. Слова из песни «Лада» Если самым обычным клеем смазать, а затем соединить между собой две поверх- ности, то через некоторое время они слипнутся, и легко разъединить их вам уже не удастся. А есть ли такой клей, которым можно «склеивать — расклеить» дета- ли много раз, не разрушая их? И можно ли создать клеевой состав, «сшивающий» поверхности гораздо крепче любого из используемых традиционных клеев? В оче- редной раз утвердительно ответить на оба вопроса возможно благодаря достиже- ниям нанотехнологий, позволяющим улучшить адгезионные свойства канцелярского клея и даже создать принципиально новые способы склеивания. Некоторые интересные решения ученым подсказала сама природа, например, при создании материалов на основе углеродных нанотрубок, имитирующих поверхность лапок геккона (рис. 1). Эта рептилия обладает удивительной способностью в бу- квальном смысле бегать по потолку или висеть вниз головой, прицепившись к ветке дерева всего лишь одним пальцем! Дело в том, что кончики ее пальцев по- крыты миллионами микроскопических щеточек, состоящих из крошечных эластичных волосков, каждый из которых притягивается к поверхности за счет слабых Ван- дер-Ваальсовых взаимодействий. Поскольку таких волосков очень много, это по- зволяет геккону свободно удерживаться и перемещаться по гладким вертикальным поверхностям. Рис. 1. Фельзума мадагаскарская — один из видов дневных гекконов.
Углеродные нанотрубки по форме и размерам похожи на волоски пальцев геккона и могут образовывать близкие по силе межмолекулярные связи. Ученым даже уда- лось создать робот, имитирующий перемещение ящерицы по вертикальным поверхно- стям. Лапы такого робота, как липучками, покрыты массивами углеродных нанот- рубок, за счет большого числа которых достигается высокая прочность сцепления с поверхностью (до 10 Н/см2) . Однако, как несложно догадаться, трубки не только прилипают к поверхности, но и слипаются между собой, причем гораздо охотнее. Для решения этой проблемы было предложено использовать нанотрубки «иерархической структуры», при которой толстые и длинные трубки завершаются разветвлениями на более тонкие (рис. 2) — это обеспечивает хороший контакт с поверхностью, в то же время предотвращая нанотрубки от слипания. Успехи пер- вых исследований уже будоражат фантазию ученых — совсем не за горами время, когда человек, подобно пауку или геккону, сможет взбираться по отвесным сте- нам не только на телевизионных экранах, но и в реаль ной жизни. Осталось лишь научиться синтезировать достаточно большие массивы ориентированных углеродных нанотрубок, чтобы сшить из них перчатки для человека-паука и разработать тех- нологию очистки их поверхности от налипающего мусора. Рис. 2. Структура из нанотрубок. С помощью наночастиц даже самому обычному клею можно придать уникальные свойства. Так, введение относительно небольшого количества углеродных нанот- рубок в эпоксидную смолу позволяет сильно увеличить ее твердость и теплопро- водность, а добавление оксида железа в канцелярский клей — создать моменталь- но затвердевающий, способный «расклеиваться» состав. В последнем случае, что- бы склеить поверхности между собой, их намазывают клеем и помещают в высоко- частотное магнитное поле, в котором частицы оксида железа выстраиваются вдоль силовых линий, формируя упорядоченную структуру. Это приводит к резкому повы- шению вязкости и мгновенному затвердеванию клея. Для того чтобы разъединить склеенное, достаточно вновь поместить деталь в магнитное поле с той же часто- той, но с несколько большей интенсивностью. Но и это еще не все — кто бы мог подумать, но даже молекулы ДНК могут вы- ступать в роли своеобразного клея, обратимо связывая наночастицы золота. А сколько еще новых клеящих составов и принципиально новых способов склеивания поверхности подарят нам нанотехнологии в будущем — остается только гадать! Литература l.Mei Zhang et al. Science. 2005. Vol. 309. P. 1215-1219. 2. Секрет фирмы. Деловой еженедельник. 2007. № 7 (190). С. 43.
Нанокольца Nanorings Моя нанопрелесть, — сказал Наногорлум, надевая нанокольцо на нанопалец. Дж.P.P. Нанотолкиен Сегодня известны самые разнообразные формы существования вещества в наносо- стоянии — от широко распространенных нанотрубок до экзотических наноколец, о которых и пойдет сейчас речь. Впервые термин «нанокольцо» появился в 2000 го- ду, и с тех пор опубликовано около ста работ, посвященных нанокольцам. К на- стоящему моменту получены нанокольца из металлов, полупроводников и изолято- ров, их диаметр составляет от нескольких нанометров до нескольких микромет- ров, и многие из них обладают интересными свойствами. Существует два основных химических способа получения наноколец: самосборка и свертка. При самосборке наночастицы могут укладываться в плотные агрегаты, имеющие различную форму, и, естественно, для того, чтобы получать именно кольца, нужно искать подходящие условия синтеза. В случае свертки (а именно так получаются нанокольца оксида цинка и углерода) нанокольцо образуется из анизотропной частицы (например, наностержня, нанотрубки) путем «сворачивания» так, что ее торцы соединяются (это дает проигрыш в энергии из-за изгиба, но выигрыш в поверхностной энергии). Часто свертку наноремешков и нанотрубок проводят под воздействием ультразвука: при образовании и схлопывании кавита- ционных пузырьков возникают механические напряжения, которые и могут приво- дить к сворачиванию лент и образованию наноколец. Нанокольца еще только ищут свою «экологическую нишу» среди прочих наност- руктур, но уже сейчас на их основе создаются или проектируются различные функциональные материалы. В Технологическом институте штата Джорджия (США.) созданы пьезоэлектрические нанокольца на основе оксида цинка, которые плани- руется использовать в качестве имплантируемых медицинских датчиков (пьезоре- зонаторов для определения одиночных биомолекул, датчиков давления крови в со- судах и пр.) . Но, пожалуй, наибольший интерес вызывают магнитные нанокольца. Так, в университете Пурдью (США.) были получены нанокольца металлического ко- бальта (рис. 1). Рис. 1. Наностержни и нанокольца для магнитной записи.
Магнитный момент в них направлен по окружности, сохраняется при температу- рах выше комнатной и может иметь два состояния: по и против часовой стрелки. Но важнее всего то, что в такой структуре магнитный поток является замкнутым, то есть все магнитное поле заключено внутри кольца, а поле снаружи равно ну- лю. Это означает, что даже расположенные рядом, эти кольца не влияют друг на друга и чрезвычайно устойчивы к помехам и наводкам извне, в отличие от суще- ствующих сейчас систем магнитной записи. На основе подобных материалов проек- тируются элементы энергонезависимой памяти нового типа (MRAM — Magnetic Random Access Memory). Но как говорится, новое — это хорошо забытое старое. Системы хранения информации на магнитных кольцах известны с 50-х годов про- шлого века, когда из ферритовых колец диаметром менее 1 мм собирались массивы памяти для ЭВМ. И даже сейчас подобные архаичные системы приходится использо- вать в критически важных устройствах (например, компьютерах зенитно-ракетных комплексов С-300), которые должны оставаться работоспособными даже в условиях аномально высоких электромагнитных полей, возникающих, например, при ядерных взрывах, когда полупроводниковая память современных компьютеров оказывается начисто стертой. Однако системы памяти нужного объема на классических ферри- товых колечках весят сотни килограммов, тогда как создание устройств хранения информации на магнитных наноколечках позволит снизить массу до 1 грамма без ущерба емкости и функциональных характеристик. Литература 1. Tripp S.L., Dunin-Borkowski R. , Wei A. Angew. Chem. Int. Ed. 2003. Vol. 42. P. 5591. 2. Tripp S.L., Pusztay S.V., Ribbe A.E., Wei A. J. Am. Chem. Soc. 2002. Vol. 124. P. 7914. Нанокомпозиты Nanocomposites Схватил он Любовь колдовскою рукой, Схватил он Измену рукою другой И бросил в кувшин их, зеленый, как море, А следом туда же — и радость, и горе, И верность, и злость, доброту, и дурман, И чистую правду, и подлый обман. Когда переплавится все, перемучится, Какая же там чертовщина получится? Кувшин остывает. Опыт готов. По дну пробежала трещина, Затем он распался на сотню кусков, И появилась женщина. Э. Асадов. «Любовь, Измена и Колдун» Что такое композит? Исходя из английского «compose» — «составлять», легко предположить, что композит — это нечто, состоящее из нескольких частей. В ма- териаловедении композитами называют материалы, состоящие из смеси или комби- нации двух или больше микро- или макросоставляющих, которые различны по фор- ме , химическому составу и нерастворимы в значительной степени друг в друге. Композитные материалы встречаются нам на каждом шагу: это бетонные и кирпич- ные сооружения, асфальт на дороге и детали корпусов большинства современных автомобилей. Даже такой древний строительный материал как дерево является природным композитом, состоящим из целлюлозных волокон, связанных вместе по-
лимерной матрицей, представляющей собой в основном лигнин. Теперь совсем лег- ко понять, что же такое нанокомпозит! Это композит, в котором размеры одной, нескольких или всех составляющих частей находятся в области наноразмеров. Отличительной чертой композитов, обусловливающих их важность, является то, что два или более заметно различающихся материала при объединении образуют материал, который обладает значительно улучшенными свойствами по сравнению со свойствами его индивидуальных составляющих. Нанокомпозиты широко изучаются в первую очередь из-за улучшенных механиче- ских свойств. Закон Холла-Петча гласит, что для большинства поликристалличе- ских материалов твердость и предел упругости возрастают при уменьшении сред- него размера кристаллитов, а это в свою очередь способствует уплотнению ком- позитов за счет большой удельной площади поверхности и коротких путей диффу- зии. Рис. 1. Ксерогель V205, армированный вискерами ВабМп24048 - разлом ксерогеля сдерживается вискерами. Широким классом композитных материалов являются армированные (упрочненные) нановолокнами пластики, металлы и керамика (рис. 1) . Так, в промышленности широко производятся пластмассы, армированные стеклянными волокнами или угле- родными нанотрубками. Разработка методов получения нановолокон, нанопроволок и вискеров также открыла возможность их использования в качестве армирующих волокон. Примером могут служить вискеры карбида кремния, которые смешивают с порошком металлов, а затем подвергают горячему прессованию. Другой класс нанокомпозитов составляют неоргано-органические «гибридные ма- териалы», в которых органическая и неорганическая составляющие взаимопроника- ют друг в друга на нанометровом уровне (рис. 2). Среди них выделяют композит- ные гибридные материалы, состоящие из молекул органических соединений, олиго- меров или полимеров с низкой молекулярной массой, помещенных в неорганическую матрицу, с которой они связаны слабыми Ван-дер-Ваальсовыми силами. Возможна и обратная ситуация, когда наночастицы неорганического материала размещаются в полимерной матрице. Так, например, металл-полимерные нанокомпозиты с высоким содержанием ферромагнитных наночастиц размером около 5 нм, расположенных на расстоянии ^5 нм, можно использовать для создания ква зипериодических поверх- ностных структур с рекордной плотностью записи информации.
В отдельную группу выделяются нанокомпозиты, которые представляют собой ан- самбли металлических или оксидных наночастиц, изолированных в твердых телах — матрицах. В качестве таких матриц часто используют микро- и мезопористые мо- лекулярные сита, цеолиты. При получении наночастиц оксида железа и металличе- ского железа из карбонильного комплекса Fe в полостях микропористой цео- литной матрицы наночастицы практически полностью изолированы друг от друга, что исключает их взаимодействие. В этом случае наночастицы приобретают свой- ства квантовых точек, в которых поведение электронов описывается квантово- механической моделью. Такие квантовые точки, стабилизированные в инертных матрицах, могут использоваться в устройствах хранения информации и рассмат- риваются как перспективные материалы в оптоэлектронике. Литература 1. Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М. : Физматлит, 2007. 410 с. 2. Третьяков Ю.Д. Нанометр. 2006. № 3, 4. Нанокристаллы Nanocrystals Красота и блеск кристаллов Всем и каждому понятны. Беглый взгляд они чаруют Формы их уму занятны... В.А. Слетов. «Стихи о камнях» Если Вы смотрели мюзикл «Мулен Руж», то, наверняка, помните песню «Брилли- анты — лучшие друзья девушек». Драгоценные камни представляют собой огранен- ные ювелиром монокристаллы определенных химических соединений. К примеру, бриллианты — это алмазы, а изумруд — прозрачная разновидность берилла ВезА^Бл-Об, окрашенного в травянисто-зеленый цвет оксидом хрома СГ2О3. Покупая ювелирное изделие с драгоценными камнями, скорее всего, вы и не задумываетесь об их химическом составе, Вас больше волнуют такие характеристики, как чисто- та и размер камня, определяющие стоимость украшения. Самый большой в мире бриллиант «Звезда Африки» весит около 530 карат (106 г). А теперь представьте, что размеры этого камня уменьшатся в миллиарды милли- ардов раз — этакий кристалл в 110~18 карат или того меньше — будет ли он для кого-нибудь представлять ценность и можно ли его вообще после этого называть кристаллом? Оказывается, можно, только с приставкой нано — в соответствии с его размерами и формой. Вообще, под нанокристаллом подразумевают любую нано- частицу, характеризующуюся упорядоченным строением и четко выраженной, как у макрокристаллов, огранкой. Развитие методов коллоидной химии в последние годы позволило «выкристалли- зовать» из раствора многие давно известные химические соединения, например, селенид кадмия CdSe в виде наностержней, удлиненных наносфер, нанотетраэдров, нанокубов и наношести-гольников (рис. 1). Кроме того, оказалось, что огранкой нанокристаллов можно управлять, варьируя концентрацию раствора соли. Так при достаточно низких концентрациях селенида кадмия в растворе все нанокристаллы растут в форме, обеспечивающей минимальную свободную энергию — в виде сфер. Средняя концентрация позволяет получать только анизотропные сильно вытянутые эллипсоидальные частицы, высокая — палочки и другие протяженные на- ноструктуры. Если же концентрация очень высока, то раствор обеспечен сущест- венным количеством «строительных блоков» для каждого направления роста кри- сталла , и в результате получаются кристаллиты в форме тетраподов.
Низкая концентрация Средняя | CdSe 1 1 концентрация Высокая концентрация Очень высокая концентрация ^ / "v. Я V - Рис. 1. Рост нанокристаллов CdSe различной формы. Нанокристаллы находят самые разнообразные и неожиданные применения. Селенид кадмия и другие А2Вб-наноструктуры перспективны в качестве активных элементов электролюминесцентных панелей, флуоресцирующих маркеров для разнообразных биологических объектов, в том числе в качестве нанолекарств для ранней диаг- ностики и лечения раковых опухолей. С помощью нанокристаллов золота, способ- ных разогреваться в высокочастотном электрическом поле, возможно, как ключом, «расстегивать» двойную спираль ДНК, вызывая ее временную денатурацию и пре- вращение в одинарную. Изолированные нанокристаллы кремния можно использовать для выращивания необычных структур на основе углеродных нанотрубок, в которых висячие «линии» из цепочек атомов углерода прямо по воздуху соединяют крем- ниевые «наноопоры», образуя своеобразные нано-ЛЭП (рис. 2). Формирование та- ких систем открывает широкие возможности для изучения нейронных сетей, анало- гичных действующим в нашем мозге системам нервных клеток. Рис. 2. Нейронные сети на основе нанотрубок (на зеленой врезке изображение нанокристаллов кремния).
Представленные примеры лишь в очень малой степени иллюстрируют возможности применения нанокристаллов, так как нет, пожалуй, других объектов, свойства которых настолько разнообразны и непредсказуемы. Литература 1. Poole Ch.P., Owens F.J. Introduction in nanotechnology. John Wiley & Sons, Inc. 2003 (русское издание: Пул Ч. , Оуэне М. Нанотехнологии. М. : Техносфера (серия «Мир материалов и технологий»), 2006. 336 с.). Нанолекарства Nanodrugs Mediea mente, поп medicaments. Лечи умом, а не лекарствами (лат.) С незапамятных времен в русском народном творчестве присутствовали образы чудодейственных лекарств: «живой воды», которая воскрешала погибших воинов или возвращала зрение ослепшим, «молодильных яблок», съев которые старики вновь становились молодыми. И это не удивительно — возможность излечения бо- лезней во все времена является одной из самых актуальных проблем человечест- ва. Наверняка каждый из Вас знает из книг, как в средние века в Европе страш- ные эпидемии косили целые села и города. И вот, стоило человечеству преодо- леть чуму и холеру, как появились новые страшные заболевания — такие, как СПИД и рак, наводящие страх сегодня на людей всей планеты. Последние достижения в нано- и бионанотехнологиях затронули многие области здравоохранения: появлялись такие понятия как наномедицина, а также нанофар- макология, занимающаяся разработкой нового поколения лекарственных препаратов — так называемых нанолекарств. Вместе с открытием новых супрамолекулярных на- ноструктур и механизмов их формирования это привело к смещению приоритетов Фарминдустрии — с создания новых лекарств на повышение эффективности и ло- кальности действия уже известных препаратов за счет разработки специфических способов их доставки к «заболевшим» органам. Каким образом осуществляется та- кая доставка, по каким принципам действуют нанолекарства? Рис. 1. Модель частицы нанолекарства. Каким бы ни было нанолекарство, его ключевым элементом всегда являются те или иные наночастицы (рис. 1). Если на их поверхности путем химического взаи- модействия функциональных групп закрепить антитела и полученную систему вве- сти в кровь, то антитела направленно «доставят» частицу в нужное место орга- низма. В данном случае антитело выступает в качестве транспортного элемента
такой системы. А если к наночастице привить активный белок, разрушающий кле- точную мембрану, или вирус — то можно направленно поражать зараженные ткани. В то же время если лекарство начнет действовать по пути, могут пострадать здоровые ткани, поэтому высвобождение лечебной субстанции надо контролировать либо факторами внешней среды (температура, кислотность среды, специфические ферменты), либо продолжительностью воздействия. Часто бывают случаи, когда одной лишь доставки лекарства недостаточно — не- обходимо точно определить, где же именно находятся пораженные клетки. Для этого к лекарственным препаратам прививают своеобразные «датчики положения», т.е. наночастицы, детектируемые по проявлению ими того или иного физического свойства. В настоящий момент в качестве таких датчиков используют квантовые точки, обладающие сильной флуоресценцией (рис. 2) или магнетоконтрастирующие агенты (наночастицы Fe304, у~^е20з) , чувствительность к магнитному полю кото- рых лежит в основе метода магниторезонансной томографии. Рис. 2. Флуоресценция квантовых точек разного размера, сконцен- трированных в фагоцитах. Оказывается, нанообъекты могут выполнять роли всех перечисленных функцио- нальных элементов нанолекарств. Так, например, фуллерены обладают антисепти- ческими свойствами, наночастицы биосовместимых апатитов используются для вос- становления костной ткани, а наночастицы магнитных оксидов и металлов — для лечения раковых опухолей методом гипертермии. Белковые нанокапсулы, мицеллы, дендримеры, полимерные и керамические наночастицы, оксидные и металлические наночастицы, квантовые точки зачастую являются транспортными агентами. При этом молекулы лекарственных препаратов могут быть как инкапсулированы внутри нанополостей таких наносистем, так и закреплены на их внешних поверхностях в результате образования ковалентных или Ван-дер-Ваальсовых связей. К примеру, транспорт медикаментов с использованием магнитных наножидкостей, чувствитель- ных к действию магнитного поля, может использоваться в глазной хирургии для физического воздействия на отслоившуюся сетчатку глаза во время операции. Следует отметить, что некоторые наночастицы совмещают в себе как функциональ- ные свойства, обусловливающие их лечебные качества, так и транспортные — в
первую очередь, это магнитные наночастицы. Сегодня ученые уже научились модифицировать поверхность наночастиц, связы- вая их с различными «транспортными» элементами (антигенами и антителами) и создавая эффективные нанолекарства, а также системы диагностики заболеваний на ранних стадиях. Как видите, в наши дни медицина сделала значительный шах1 вперед на пути своего развития — теперь не колдовство, а нанобиотехнологии позволяют врачам создавать «волшебные» лекарства — лекарства нового поколе- ния. Литература 1. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. М.: Мир, 2002. 589 с. 2. Ranade V.V. , Hollinger M.A. Drug Delivery Systems, Second Edition (Handbooks in Pharmacology and Toxicology). 2004, CRC Press LLC. 448 p. Нанолитография Nanolithography Филадельфийский сюр: разгар зимы, Дождь медлит, не решается стать снегом, Гуашью растекается под небом, Окрашивая утренние сны. И улица стихает... тормозит... Теряет цвет, объем под слоем мела, Лишь девочка в пальтишке черно-белом По зимней литографии скользит... Елена Максина Литография (от греческих слов «lithos» — камень и «grapho» — пишу, рисую) была создана в 1798 году Алоизием Зенефельдером в Богемии. Это была первая принципиально новая после изобретения гравюры техника печати. Однако в XX ве- ке этот термин начали применять не только в книгопечатании, но и в про- изводстве микроэлектроники. На данный момент под «литографией» понимают метод подготовки поверхности путем использования некоего шаблона, который определя- ет свойства конечного образца. Этот принцип оказался очень удобным при массо- вом производстве микросхем с отдельными элементами меньше 1 мкм. Развитие метода сегодня ориентировано на создание топологического рисунка на поверхности монокристаллических кремниевых пластин. Учитывая размеры со- временных транзисторов (^200 нм), можно говорить о необходимости нанолитогра- фии. Дальнейшее развитие микроэлектроники предполагает использовать лито- графические схемы для производства вычислительных машин вплоть до 2009 г., на который намечен выпуск процессора по 32-нанометровой технологии. Наиболее простая методика создания нано- и микроструктур — оптическая лито- графия — очень схожа с процессом печати фотографии. На подложку (например, кремниевую) наносится светочувствительное вещество — фоторезист, которое из- меняет структуру под действием излучения (рис. 1а). На маску (пластинку с прорезями, служащую шаблоном и изготовленную из материала, не пропускающего излучение) пропускается пучок фотонов с длиной волны X = 10-гЮОО нм, попадаю- щий на резист. В засвеченных областях резист меняет состав или структуру, а в затененных — остается без изменения (рис. 16). Далее, часть резиста вы- травливается (засвеченная в случае негативного фоторезиста, затененная в слу- чае позитивного), при этом другая часть остается без изменения, создавая на подложке рельефный рисунок, соответствующий рисунку шаблона-маски (рис. 1в) . Разрешающая способность метода оптической литографии в основном определяется
длиной волны используемого излучения и размером элементов маски. Для обычных масок оптимальная разрешающая способность метода составляет ^1,5-г2Х, тогда как использование так называемых фазосдвигающих масок позволяет более четко разделить элементы микросхемы и повысить разрешение до ^0,5-i-lX. Сегодня фа- зосдвигающие маски используются для производства транзисторов по технологии MOSFET с 30-нанометровой длиной затвора. Рис. 1. Принципиальная схема литографии (а-в) с использованием источника, маски и позитивного фоторезиста. Необходимость уменьшения размеров элементов микроэлектроники накладывает ограничения, во-первых, на длину волны используемого излучения и, во-вторых, на линейные размеры прорезей шаблона. Так, еще недавно широко применяемые в производстве микросхем источники на основе ртутных ламп (436-254 нм) , сегодня заменены ArF-лазерами (Х = 193 нм) и даже рассматривается возможность исполь- зования синхротронного излучения для снижения длины волны вплоть до несколь- ких нанометров и, как следствие, повышения разрешающей способности литографи- ческой схемы. При уменьшении линейных размеров рисунка маски большую роль на- чинают играть эффекты рассеяния излучения на границах раздела фаз, которые приводят к размытию конечного рисунка на резисте. Например, для нанесения четкого отображения на резисте в форме квадрата (рис. 2а) на маске оказывает-
ся необходимым сформировать дополнительные прорези в его вершинах (рис. 26). Но даже в этом случае отображение оказывается несколько «размытым» (рис. 2в). Рис. 2. Форма требуемого изображения (а) , используемой маски (б), получаемого изображения (в). Более сложные схемы можно производить, если пучок излучения заменить на пу- чок электронов или ионов (электронно- или ионно-лучевая литография). Посколь- ку эти частицы имеют заряд, становится возможным не только засвечивать резист через маску, но также сфокусированным управляемым пучком писать на резисте как ручкой или карандашом по бумаге (см. ФИП-нанолитография). В случае ионов тяжелых атомов можно как модифицировать резист, так и вытравливать саму под- ложку или, наоборот, наносить на нее слой атомов или легировать материал под- ложки. В данной литографической схеме можно добиться более высокой разрешаю- щей способности (<100 нм), чем в оптической, однако значительная глубина про- никновения электронов в облучаемый материал, процессы генерации вторичных электронов в объеме резиста приводят к значительному размытию экспонированных областей и разогреву маски, что отрицательно сказывается на качестве «рисун- ка». Еще одним методом, причисляемым к литографическим, является «печатная» ли- тография. В данном случае маска представляет собой рельефную пластину, кото- рую прижимают к подложке с «мягким» резистом. Таким образом рисунок с маски на резист переносится механически — путем деформирования резиста, подобно то- му, как рельефный рисунок переносится путем придавливания печати к нагретому сургучу. После создания рельефного рисунка из резиста подложка может быть окислена или протравлена в областях, не защищенных фоторезистом, или, наоборот, в «ка- навки» этого рельефа может быть нанесено вещество, например проводник. Таким образом, литография позволяет направленно изменять свойства определенной час- ти подложки, что в дальнейшем используется для создания более сложных схем с отдельными элементами размером от 10 нм. Локальное механическое воздействие на поверхность подложки можно произво- дить иглой атомно-силового микроскопа (АСМ) в двух режимах. В статическом ре- жиме (наногравировка) зонд микроскопа перемещается по поверхности подложки с достаточно большой силой прижима, так что на подложке (резисте) формируется рисунок в виде царапин. Динамический режим (наночеканка) подразумевает моди- фикацию поверхности образца за счет формирования углублений колеблющимся зон- дом (прерывисто-контактный метод сканирования). Альтернативой непосредствен-
ному механическому воздействию иглой АСМ на подложку или нанесенный резист является модификация поверхности с помощью электрических импульсов. Это ста- новится возможным благодаря приложению разности потенциалов между иглой мик- роскопа и проводящей подложкой. В результате такого воздействия, изменяя по- тенциал, можно направленно менять структуру и химический состав поверхности, создавая очень сложные и красивые рисунки. Например, портрет Мэрилин Монро «написан» методом литографического анодного окисления пленки аморфного титана с помощью АСМ NTEGRA Prima. Литература 1. Nanoelectronics and Information Technology. 2.9 — Technology and Analysis: Lithography / Ed. by R. Waser, Wiley-VCH, Germany. 2005. 2. Jay Jao L. Adv. Mater. 2007. Vol. 19. P. 495-518. Наноматериалы Nanomaterials Если уж стальной кубик или кристаллик соли, сло- женный из одинаковых атомов, может обнаруживать интересные свойства; если вода — простые капель- ки, неотличимые друг1 от друга и покрывающие миля за милей поверхность Земли, — способна порождать волны и пену, гром прибоя и странные узоры на граните набережной; если все это, все богатство жизни вод — всего лишь свойство сгустков атомов, то сколько же еще в них скрыто возможностей? Р.П. Фейнман Согласно толковому словарю русского языка материалы — это предметы, вещест- ва, сырье, идущие на изготовление чего-либо, т.е. на производство изделий,
полезных человеку. Соответственно, наноматериалами можно назвать практически любые объекты, вещества или их композиции, размеры структурных элементов ко- торых лежат в «нанодиапазоне» (от 1 до 100 нм) . Таким образом, наноматериалы — собирательный термин, объединяющий обширные классы веществ, применимых для изготовления полезных человеку изделий. Внедрение наноматериалов в современной технологии означает качественный скачок в философии получения практически важных веществ — создание сложных устройств и систем, размеры которых находятся в диапазоне размеров надмолеку- лярных образований. Наноматериалы состоят из очень мелких частиц, которые нельзя увидеть невоо- руженным глазом. В этом заключается первый плюс — возможность суперминиатюри- зации, приводящей к тому, что на единице площади можно разместить больше функциональных наноустройств, что жизненно важно, например, для наноэлект- роники или для достижения суперплотной магнитной записи информации вплоть до 10 Террабит на 1 квадратный сантиметр. Кроме того, ничтожный размер позволяет наноустройствам проникать в любые труднодоступные участки человеческого тела или части микромашин, в которые не проникнет ничто другое. В отличие от обычных материалов, мельчайшие частицы которых содержат более 108 структурных единиц, частицы наноматериалов могут состоять всего из десят- ков атомов. Следовательно наносистемы имеют существенно большую долю атомов, находящихся на поверхности. Например, в поликристаллическом материале с раз- мером зерна порядка 10 микрометров только 10~4 часть атомов принадлежит гра- нице зерна, тогда как при уменьшении размера зерна до 3-4 нанометров доли атомов, занимающих регулярные позиции в кристаллической решетке и находящихся на границе нанокристалла, становятся практически одинаковыми (рис. 1) . Эта особенность наноструктурных материалов сильно влияет на их химические и физи- ческие свойства (транспортные, каталитические, механические, оптические и др.) . Например, каталитически активные наноматериалы позволяют в десятки ты- сяч и даже миллионы раз ускорить химические или биохимические реакции. 100 т О) ю 80 А о а s н- о I 60 -^ о> ю о с ш ш 40 1 о о ь- а S 20 J о ф т S с; о О1 Рис. 1. Доля «поверхностью» и «объемных» атомов в наноматериалах. Атомы в объеме Атомы на поверхности ■—.—i—1—i—i—1—i— 0 5 10 15 20 25 30 Размер частицы, нм 35
Кроме того, проявление в наночастицах квантово-размерных эффектов приводит к резкому изменению основных характеристик наноматериала и появлению новых, зачастую практически полезных свойств. Эти эффекты начинают особенно резко проявляться, когда размеры частиц становятся сопоставимы с корреляционным ра- диусом того или иного физического явления (например, с длиной свободного про- бега электронов или фононов, длиной когерентности в сверхпроводнике, размера- ми магнитного домена или зародыша твердой фазы и др.) . Характерной особенно- стью наночастиц является также отсутствие дефектов. Это делает, в частности, полупроводниковые наночастицы (квантовые точки) идеальными элементами совер- шенных энергосберегающих лазерных и светоизлучающих элементов. А ин- дивидуальные углеродные нанотрубки обладают прочностью, в десятки раз превы- шающей прочность лучшей стали, при этом они во много раз выигрывают у стали и по своей удельной массе. Все эти признаки вполне объясняют тот факт, что даже грамм наноматериала может быть более эффективен, чем тонна обычного вещества, и что их производство — вопрос не количества тонно-километров, а качества че- ловеческой мысли. Исключительные свойства наноматериалов обусловливают перспективы их широко- го применения в технологии. Особое место занимают применения наноматериалов в быстро развивающихся областях цифровой электроники, телекоммуникациях, техно- логиях преобразования и сохранения энергии, здравоохранении. Например, про- странственно-упорядоченные массивы наночастиц весьма перспективны для созда- ния устройств высокоплотной записи информации и оптоэлектронных приборов. На- ночастицы диоксида титана (основного компонента обычных титановых белил) спо- собны разлагать воду на водород и кислород под действием обычного солнечного света. Нанопористые вещества способны отсеять бактерии или эффективно погло- тить примеси или токсины. Наночастицы можно использовать для направленной доставки и концентрирования биомолекул, лечения раковых опухолей, в нанофар- макологии и наномедицине. Нанокристаллический материал (а) (у~^е20з) . Поликристаллический материал (б) (шлиф плотной керамики Sm0,6Sr0,4Mn0,8Feo,203-5) • Литература 1. Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы. М. : Академия, 2005. 192 с. 2 . Гусев А. И. Наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии. М. : Физматлит, 2005. 416 с. (ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Ликбез А БИОМЕТРИЯ А.А. Жукова, М.Л. Минец Ч.З. КОРРЕЛЯЦИЯ И РЕГРЕССИЯ КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ Типы зависимостей, встречающиеся в природе На наличие взаимосвязи между телосложением и темпераментом людей, строением их тела и предрасположенностью к заболеваниям уже в VI в. до н. э. обратил внимание Гиппократ. Подобная связь выявлена и в животном, и в растительном мире, например между телосложением и продуктивностью у сельскохозяйственных животных, качеством семян и урожайностью сельскохозяйственных культур и т. д. Различают два типа связей между различными явлениями и их признаками: функ- циональную (жестко детерминированную) и статистическую (стохастически детер- минированную) . В математике для описания связей между переменными величинами используют понятие функции f, которая ставит в соответствие каждому определенному значе- нию независимой переменной х конкретное значение зависимой переменной у (у = f(х)). Данные зависимости между переменными величинами х и у относят к функ- циональным. Функциональная связь двух величин возможна, если вторая зависит только от первой. Примеров функциональных связей много: повышение температуры на 10 С ускоряет химическую реакцию в два раза, площадь круга равняется квад- рату его радиуса (S = яИ2) , а объем куба (V = а3) однозначно определяется по
длине одной из его сторон и т. д. Таким образом, если с изменением значения одной переменной вторая преобразуется строго определенным образом, т. е. зна- чению одной переменной обязательно соответствует одно или несколько значений другой, то связь между ними является функциональной. Чаще это однозначная связь. Однако некоторые уравнения, несмотря на то, что описывают функциональ- ную связь, могут иметь не одно значение, а несколько. К примеру, для зависи- мости у = Vx, значению х = 4, соответствуют два значения: yi = +2 и у2 = —2 . Стохастически детерминированная связь не имеет ограничений и условий, при- сущих функциональной. Если с изменением значения одной из переменных вторая принимает значения в конкретных пределах и ее средние значения или иные ста- тистические (массовые) характеристики преобразуются определенным образом, то связь является статистической. Иными словами, при статистической связи разным значениям одной переменной соответствуют разные распределения значений другой переменной. Корреляционная связь - частный случай статистической связи и ха- рактеризуется тем, что с изменением значения одного признака закономерным об- разом трансформируются средние значения другого. Если же с изменением значе- ния одного признака средние значения другого не преобразуются закономерным образом, но закономерно изменяется другая статистическая характеристика (по- казатели вариации, асимметрии, эксцесса и т. п.), то связь не является корре- ляционной , а статистической. При изучении живых объектов (растений, животных, микроорганизмов) обычно имеют дело с корреляционными связями. К примеру, между весом животных и их длиной существует корреляционная связь, выражающаяся в том, что каждому зна- чению длины соответствует определенное распределение веса (несколько значе- ний, а не одно), и с увеличением длины возрастает и средний вес животного. То же наблюдается и в отношении качественных признаков: блондины, как правило, имеют голубые глаза, а брюнеты - карие. Однако у этих правил имеются исключе- ния: когда относительно низкорослые люди оказываются тяжелее высоких, и среди населения хотя и нечасто, но встречаются кареглазые блондины и голубоглазые брюнеты. Причина таких феноменов заключается в том, что каждый биологический признак определяется воздействием многих средовых и генетических факторов, а также случайных, что вызывает непредсказуемое варьирование признаков. Функциональные связи можно одинаково легко обнаружить и на единичных, и на групповых объектах. Корреляционные связи выявляются только на групповых объ- ектах с использованием методов математической статистики, и между признаками они могут быть линейными и нелинейными, положительными и отрицательными. За- дача корреляционного анализа - установить направление, форму и тесноту связи, оценить ее статистическую значимость. Термин «корреляция» ввел в статистику английский биолог и статистик Фрэнсис Гальтон в 1886 г. Ему же, наряду с Карлом Пирсоном, принадлежит разработка и применение метода корреляции к измерению зависимости между биологическими признаками. Коэффициент корреляции Пирсона Сопряженность между переменными величинами у и х можно установить, сопос- тавляя числовые значения одной величины с соответствующими значениями другой. Если при увеличении одной переменной растет и другая, налицо положительная связь, но если увеличение одной переменной сопровождается уменьшением значе- ний другой, то это отрицательная связь. Данный вопрос решается при наличии однозначных связей между переменными величинами, когда речь идет о приращении или уменьшении функции по заданным значениям аргумента. При изучении биологи-
ческих (варьирующих) признаков сталкиваются не с приращением или уменьшением функции, а с сопряженной вариацией (ковариацией), выражая ее в виде взаимно связанных отклонений вариант от их средних у и х. Степень сопряженности между двумя варьирующими признаками у и х можно опре- делить при помощи показателя ковариации Соу = 1[£(лг.-х)0,.-Я] п Недостатком данного показателя является то, что оба признака должны выра- жаться в одинаковых единицах, но не всегда коррелирующие признаки измеряются в одних и тех же единицах. К примеру, масса организма может коррелировать с его линейными размерами, длина колосьев - с массой содержащихся в них зерен и т. п. Изъян, свойственный показателю ковариации, можно устранить, если вместо од- них только отклонений (х± - х) и (у± - У) взять их отношения к стандартным V— S- отклонениям ли у. В результате получается показатель, который называется коэффициентом корреляции: 1 п г="^ => п э,=л:^-^1о-,-й2 (1) Формула (1) была предложена Карлом Пирсоном, поэтому коэффициент, вычисляе- мый по ней, обычно называют коэффициентом корреляции Пирсона. Эта величина не имеет единиц измерения. Коэффициент корреляции Пирсона - безразмерная величина, которая изменяется от -1 до +1 (-1<г<+1). Если при расчете получается величина больше +1 или меньше -1, значит, в вычислениях произошла ошибка. При независимом варьирова- нии признаков, когда связь между ними отсутствует, г = 0. Чем сильнее связь между признаками, тем больше величина коэффициента корреляции Пирсона. Други- ми словами, при |г| > 0 данный показатель характеризует не только наличие, но и степень сопряженности между признаками. При этом в пределах от 0 до +1 связь между признаками будет в той или иной степени положительной, а в преде- лах от 0 до -1 - отрицательной. Рассмотрим пример расчета коэффициента корре- ляции Пирсона. Пример У 20 взрослых мужчин измерили рост и вес. Вычислите коэффициент корреляции между ростом и весом мужчин. Воспользуемся формулой (1) расчета коэффициента корреляции Пирсона. Исход- ные данные проведенных измерений и промежуточные результаты вычислений пред- ставлены в табл. 1. Таблица 1. Вычисление коэффициента корреляции Пирсона Xi,pOCT см Yi,вес кг х±-х Yi-У (х± - х) (Yi - У) (х± - х)2 (У± - У)2
165 176 175 168 167 172 176 180 179 173 166 178 169 169 170 176 180 169 177 176 х=173 56 75 70 61 61 63 72 80 76 68 58 76 60 64 63 71 78 63 75 71 У = 68 -8 3 2 -5 -6 -1 3 7 6 0 -7 5 -4 -4 -3 3 7 -4 4 3 -12 7 2 -7 -7 -5 4 12 8 0 -10 8 -8 -4 -5 3 10 -5 7 3 96 21 4 35 42 5 12 84 48 0 70 40 32 16 15 9 70 20 28 9 Z(xi-x) (yi-J) = 656 64 9 4 25 36 1 4 49 36 0 49 25 16 16 9 9 49 16 16 9 Кх-х)2 = 447 144 49 4 49 49 25 16 144 64 0 100 64 64 16 25 9 100 25 49 9 ?L(Y±-y)z = Ю05 Подставим полученные значения (см. табл. 1) в формулу для расчета коэффици- ента корреляции Пирсона: п £(.v, -х)(у, -у) Величина коэффициента положительна, значит можно утверждать, что при увели- чении роста, повышается и вес мужчин. Поскольку величина коэффициента корре- ляции Пирсона близка к единице, можно предположить, что взаимосвязь между признаками весьма высокая. Какие значения г можно считать большими, средними и малыми? Может ли величина г по модулю близкая к 0,5 свидетельствовать о достаточно высокой корреляционной связи? Оказывается, даже при отсутствии корреляции в силу закономерностей случай- ной вариации будет наблюдаться как случайное совпадение, так и несовпадение в вариации двух признаков примерно в равном соотношении. В то же время при на- личии корреляции определенная доля изменчивости одного признака вполне зако- номерно определена изменчивостью другого. Математически доказано, что степень «связанности» в вариации двух величин более точно измеряется квадратом коэф- фициента корреляции, т. е. г2. Это значит, что при г = 0,5 около 25 % (0,52*100 %) вариации одного признака объясняется вариацией другого, по ос- тальной части вариации соотношение между признаками чисто случайное. При г = 0,3 случаен 91 % изменчивости (100 % - 9 %) , и только 9 % изменчивости (0,32*100 %) указывает на взаимосвязь признаков. При г = 0,7 около 50 % из- менчивости одного признака определено изменчивостью другого. В случае равен- ства коэффициента корреляции г = 0,9 можно утверждать, что 81 % (0,92*100 %) вариации одного признака закономерно связано с вариацией другого, и только в оставшихся 19% (100%-81%) случаев совпадение или несовпадение изменчивости двух признаков является случайным.
Таким образом, о тесной корреляции (сильной связи) можно говорить при |r| > 0,7. Величина | г | < 0,4 указывает на слабую связь. В остальных случаях - 0,4 ^ | г | ^ 0,7 - связь считают средней. При вычислении коэффициента корреляции Пирсона достаточно указать после запятой не более двух цифр. Для словесной оценки силы связи можно использовать более подробную шкалу английского статистика Роберта Чеддока (табл. 2). Таблица 2. Шкала Чеддока Значение Коэффициента корреляции |г| Характеристика силы связи Ю,1-0,3| Слабая Ю,3-0,5| Умеренная Ю,5-0,7| Заметная Ю,7-0,9| Высокая Свыше |0,9| Весьма высокая (сильная) Несмотря на все преимущества коэффициента корреляции Пирсона, он обладает и недостатком: коэффициент способен характеризовать лишь линейные зависимости между нормально распределенными признаками. При наличии нелинейной зависимо- сти между варьирующими признаками следует использовать другие показатели свя- зи. Так, расчет коэффициента корреляции Пирсона возможен при выполнении следую- щих условий: 1. Измеренные переменные относятся к интервальной или номинальной шкале (ко- личественные данные); 2 . Значения обоих признаков распределены нормально; 3. Связь между признаками является линейной; 4. Размер выборки достаточен, чтобы ощущать уверенность в выполнении условий нормальности распределения данных и их линейной взаимосвязи. Предварительные выводы о силе связи можно сделать на этапе проверки условия о линейной связи между признаками (рис. 1): строится точечный график, и ис- следователь визуально проводит прямую линию наибольшего соответствия через центральную часть скопления точек. Если предполагаемая линия наибольшего соответствия проходит параллельно оси 0Х, следует говорить только о независимом варьировании признаков, т. е. об отсутствии корреляции между ними (г = 0; рис. 1,а). В остальных случаях, ко- гда прямая линия наибольшего соответствия лежит под тем или иным углом к оси 0Х, сгущение точек располагается ближе к диагоналям, что указывает на наличие корреляции (рис. 1,6, в, г, д, е). О знаке коэффициента корреляции можно су- дить по тому, как происходит сгущение. Если оно идет к диагонали, проходящей от верхнего правого угла к нижнему левому (см. рис. 1,6,в, д), то корреляция положительная, зависимость прямая: с ростом значения одного признака величина второго увеличивается. Если сгущение проходит от верхнего левого угла к ниж- нему правому (см. рис. 1,г, е) , то корреляция отрицательная, зависимость об- ратная: с ростом значения одного признака величина второго уменьшается. По степени сгущения можно делать вывод и о предполагаемой величине коэффи- циента корреляции: чем плотнее расположены наблюдения, тем больше его величи- на (см. рис. 1,6,в, д). Если наблюдения находятся только на прямой (см. рис. 1,д, е), когда каждому значению х соответствует определенное значение у, то г достигает своего максимального значения (+1 и -1). Есть данные, не позволяющие проводить расчет коэффициента корреляции Пирсо- на. Графически такие случаи отражены на рис. 2. Точечный график (рис. 2,а) демонстрирует нелинейное соотношение двух переменных. График на рис. 2,6 ука- зывает на присутствие аномальных значений, а график на рис. 2, в показывает, что исходные данные содержат четко различающиеся между собой группы.
г ° г ° г L 1 1 1 о о о о о о о о о 1 |__ о о о о о -1 о о о о о о л о о о 0 о г = 0 J |_| о Y О Y 12 3 4 5 6 7 а 12 3 4 5 6 7 в О 12 3 4 5 6 7 д X V- г- V- г о о 1 о о о h о о о ■ о о о о о о о о о о о 0 о о о о о о о о о о о 2 о о о о о г = +0,8 —1 1 1 X U к к к к к Г ° 1 |__ о о о 0 о о г = +1 1 1 1 1 1 1 X 1 к к к г ° г ° г ° 1 i_ о о о о о о о о о о о о о о 1 о о о о о г о о о о о о о = +0,5 -J 1 о Y 12 3 4 5 6 7 б \- о о о L- о о о L о о о L о о г ° к [ г = -0,5 l_i < о о о о о ^^^^^ о о о о о о о о о о о о —1 1 1 О 12 3 4 5 6 7 Y г О 12 3 4 5 6 7 е X г ° Г ° г ° к U к L г=-\ \ i i i о 1 о о о —1 1 1 X Рис. 1. Диаграммы рассеивания, показывающие величины г в различных ситуациях: а - нет связи; б - прямая связь средней силы; в - сильная прямая связь; г - обратная связь средней силы; д - прямая очень сильная связь; е - обратная очень сильная связь.
У У У °1о о оо о о л о 0 о о о —х в Рис. 2. Диаграммы, показывающие, когда не стоит рассчитывать коэффи- циент корреляции Пирсона: а - нелинейная зависимость; б - наличие выбросов; в - данные состоят из подгрупп. Итак, расчет коэффициента корреляции Пирсона может ввести исследователя в заблуждение, если: ■ получено нелинейное соотношение двух переменных; ■ присутствуют аномальные значения (выбросы); ■ исходные данные содержат четко различающиеся между собой группы. Оценка статистической значимости коэффициента корреляции Пирсона Эмпирический (вычисляемый) коэффициент корреляции г, как и любой другой вы- борочный показатель, служит оценкой своего генерального параметра р. Опреде- лить величину расхождения между выборочным коэффициентом корреляции г и его генеральным параметром р можно при помощи стандартной ошибки: чем она меньше, тем точнее выборочный коэффициент корреляции г оценивает свой генеральный па- раметр р. Необходимо принимать во внимание, что в отличие от выборочных средних, имеющих нормальное распределение относительно соответствующего генерального значения ]i, распределение выборочных коэффициентов корреляции не всегда сле- дует нормальному закону. Именно поэтому при вычислении стандартной ошибки вы- борочного коэффициента корреляции учитывают объем выборки, а иногда г перево- дят в z . Стандартная ошибка коэффициента корреляции при больших выборках (п > 100) и не очень высоком коэффициенте корреляции вычисляется по следующей формуле: sr = (1 - r2)/Vn Распределение г при малых выборках и его очень малых или больших значениях может отличаться от нормального, поэтому в таких ситуациях используют другую формулу для оценки его стандартной ошибки: sr = V((l - r2)/(n - 2)) Выборочный коэффициент корреляции иногда случайно может оказаться отличным от нуля, даже если между двумя анализируемыми признаками связь действительно отсутствует. Отношение выборочного коэффициента корреляции к своей ошибке о о о о о о о о о о о J I I 1 I I I а X у L V V- ^ L L о о о , о о о 0 о° о J о 1 1 о о 1 J I о X о
служит критерием для проверки нулевой гипотезы - предположения о том, что в генеральной совокупности этот показатель равен нулю (Но: р = 0). Для проверки верности нулевой гипотезы используют t-критерий Стьюдента: t = (г - p)/sr Поскольку нулевая гипотеза предполагает, что р = 0, тогда t = (г - р) /sr = r/sr Видоизменим формулу вычисления t-критерия Стьюдента, подставив в нее форму- лу для вычисления соответствующей стандартной ошибки коэффициента корреляции. Для выборок большого объема (п > 100) и при не очень высоком коэффициенте корреляции t = rVn/(l - г2) При малых выборках и очень малых или больших значениях г t = rV((n - 2)/(1 - г2)) Вычисленную эмпирическую величину t-критерия, как всегда, сравнивают с кри- тическим (табличным) значением при заданном уровне значимости а (обычно при а = 0,05) и числе степеней свободы df = n-2. Если эмпирическая величина t- критерия больше критического значения (t3Mn > ta), то нулевая гипотеза должна быть отклонена. В этом случае делаем вывод о том, что полученный коэффициент корреляции статистически значимо отличается от нуля, т. е. хорошо описывает связь между изучаемыми признаками. Итак, оценка значимости коэффициента корреляции Пирсона осуществляется сле- дующим образом. Шаг 1. Формулировка нулевой и альтернативной гипотез. Н0: р = 0 (коэффициент корреляции генеральной совокупности равен 0) . Hi: р Ф 0 (коэффициент корреляции генеральной совокупности отличен от 0). Шаг 2. Выбор уровня значимости а (обычно a = 0,05). Шаг 3. Вычисление наблюдаемого (эмпирического) значения t-критерия (t3Mn)• Шаг 4. Поиск критического значения статистики критерия (ta) при заданном числе степеней свободы df = n-2. Шаг 5. Выбор верной гипотезы по правилу: Н0: р = 0, tKp > t3Mn, P > ос; Hi: p Ф 0, tKp < t3Mn, Р < ос. Обычно расчеты коэффициента корреляции, наблюдаемого (эмпирического) значе- ния t-критерия (t3Mn) и сравнения этой величины с критическим значением (tKp) исследователь проводит не вручную, а с использованием статистической програм- мы, поэтому для подтверждения верности Н0 или Hi необходимо интерпретировать расчетную величину вероятности ошибки Р при проверке гипотезы об отсутствии связи между признаками. Тем не менее, такие же результаты можно получить и при ручной обработке ма- териала. Кроме того, существуют специальные таблицы, при помощи которых можно также определить статистическую значимость коэффициента корреляции Пирсона. В них представлены теоретические величины коэффициентов корреляции при разных уровнях значимости и различном числе степеней свободы. Если выборочный коэф- фициент корреляции превышает табличное значение при заданных условиях, то де- лается вывод о том, что коэффициент значим (табл. 3) . К примеру, если г = 0,51, то при п = 20 (df = 18) и a = 0,05 можно признать его значимость (рас-
четная величина г больше табличного значения 0,44). Однако при уровне значи- мости 0,01 он не может быть признан достоверным (г меньше табличного значения 0,56) . Таблица 3. Значения коэффициента Пирсона при уровнях значимости 0 разном числе степеней свободы df корреляции ,05 и 0,01 и (df = n-2) df 5 6 7 8 9 10 11 12 df 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 35 40 45 50 0,05 0,75 0,71 0,67 0,63 0,60 0,58 0,55 0,53 0,05 0,41 0,40 0,40 0,39 0,38 0,37 0,37 0,36 0,36 0,35 0,33 0,30 0,29 0,27 0,01 0,87 0,83 0,80 0,77 0,74 0,71 0,68 0,66 0,01 0,53 0,52 0,51 0,50 0,49 0,48 0,47 0,46 0,46 0,45 0,42 0,39 0,37 0,35 df 13 14 15 16 17 18 19 20 df 60 70 80 90 100 125 150 200 300 400 500 700 900 1000 0,05 0,51 0,50 0,48 0,47 0,46 0,44 0,43 0,42 0,05 0,25 0,23 0,22 0,21 0,20 0,17 0,16 0,14 0,11 0,10 0,09 0,07 0,06 0,06 0,01 0,64 0,62 0,61 0,59 0,58 0,56 0,55 0,54 0,01 0,33 0,30 0,28 0,27 0,25 0,23 0,21 0,18 0,15 0,13 0,12 0,10 0,09 0,09 При оценке достоверности расчетной величины г необходимо брать во внимание и объем выборки, по которой он был вычислен, так как его значимость может очень различаться в зависимости от объема исходной выборки. При больших п да- же малые величины коэффициента корреляции могут быть достоверны. Так, коэффи- циент корреляции г = 0,25 достоверен при п = 152 с вероятностью в 99 % (а = 0,01), но при п = 30 нулевая гипотеза не может быть отвергнута и, соответст- венно, коэффициент корреляции будет незначим. Таким образом, если объем выборки большой, нулевую гипотезу можно откло- нить , даже если г довольно близко к нулю. По этой причине полезно рассчитать г2, т. е. определить долю общей вариации, объясненную этим соотношением. К примеру, если г = 0,25 и п = 152, то только 6,25 % (0,252*100 %) вариации од- ного признака закономерно связано с вариацией другого, в то время как из ос- тавшихся 93,75 % случаев совпадение или несовпадение вариаций двух признаков является случайным. z-Преобразование Фишера Применение коэффициента корреляции Пирсона предполагает, что анализируемые данные распределены нормально и коэффициент корреляции вычислен не на мало- численной выборке. Установлено, что при наличии значительной корреляции между
переменными (при |г| > 0,5) выборочное распределение коэффициента корреляции для большого числа малых выборок, взятых из нормально распределяющейся гене- ральной совокупности, значительно отклоняется от нормальной кривой. На рис. 3 изображены кривые распределения эмпирического коэффициента корреляции при п = 12 для значений генерального параметра р = 0; 0,4; 0,8. I Р = 0,8 Рис. 3. Кривые распределения эмпирического коэффициента корреляции при п = 12 для значений генерального параметра р. При значениях р, приближающихся к единице, кривая распределения эмпириче- ского коэффициента корреляции становится все более асимметричной. Значит, при работе с малочисленной группой выборочный коэффициент корреляции, абсолютная величина которого превышает 0,5 (|г| > 0,5), не будет давать точную оценку своего генерального параметра. Поэтому Р. Фишером был предложен более точный способ оценки генерального параметра р по величине выборочного коэффициента корреляции г. Он сводится к замене коэффициента корреляции преобразованной величиной z, которая связана с выборочным (эмпирическим) коэффициентом корре- ляции следующим образом: г = -1п — или z = l,151291g — 2 1-г 1-/< Распределение z мало зависит от объема выборки и значения коэффициента кор- реляции в генеральной совокупности. Величина z меняет свои значения от -оо до +оо, а ее распределение близко к нормальному (рис. 4). -1 0 1 2 z Рис. 4. Распределение величины z при п = 12.
На практике процедуру перехода от коэффициента корреляции к величине z уп- рощают: для преобразования используют специальную таблицу (Лакин, 1990, табл. XXII). В ней содержатся значения z, соответствующие значениям выборочного ко- эффициента корреляции г. Критерием значимости показателя z также служит t- критерий Стьюдента, который вычисляется таким образом: tz = z/sz = zV(n-3) . Оценка значимости величины z проводится так же, как и для коэффициента кор- реляции Пирсона (выше, шаги 1-5). Нулевая гипотеза заключается в том, что ге- неральный параметр, который оценивает z, равен нулю. Эмпирическую величину t- теста сравнивают с теоретически ожидаемой при заданном уровне значимости и числе степеней свободы п - 2. Теоретически ожидаемую (критическую, табличную) величину можно определить по табл. 4 (ниже). Применение z-преобразования позволяет с большей уверенностью оценивать зна- чимость выборочного коэффициента корреляции, а также разность между двумя вы- борочными коэффициентами (dr = r± — г2) , когда в этом возникает необходи- мость . Минимальное число наблюдений для планируемой точности коэффициента корреляции Пирсона Если рассчитанный коэффициент корреляции Пирсона оказывается незначимым, особенно если он получен на малой выборке, то это еще ничего не доказывает, так как при повторной выборке нулевая гипотеза может стать несостоятельной. Необходимый объем выборки для заданного значения коэффициента корреляции можно рассчитать (необходимое условие - существование взаимосвязи между изу- чаемыми признаками) по формуле n = ta2/z2 + 3 где п - искомый объем выборки; t - критерий Стьюдента, соответствующий при- нятому уровню значимости a; z - преобразованная по Фишеру величина выборочно- го коэффициента корреляции. Рассмотрим расчет необходимого объема выборки на примере. Пример На основе данных о жирномолочности коров и их 12 телят женского пола рас- считан выборочный коэффициент корреляции. Он оказался равным 0,62. Оцените его статистическую значимость. В случае ее отсутствия определите необходимый объем выборки, при котором заданный коэффициент корреляции был бы достаточен для опровержения нулевой гипотезы при ос = 0,01 (а = 1 %) . Решение. 1. Оценка статистической значимости выборочного коэффициента корреляции. Шаг 1. Формулировка нулевой и альтернативной гипотез. Н0: р = 0 (коэффициент корреляции генеральной совокупности равен 0). Hi: р Ф 0 (коэффициент корреляции генеральной совокупности отличен от 0). Шаг 2. Выбор уровня значимости а. Берем а = 0,05. Шаг 3. Вычисление наблюдаемого (эмпирического) значения t-критерия (t3Mn)• Эмпирический коэффициент корреляции найден на малой выборке (п = 12) , и его величина превышает 0,5, поэтому перед оценкой его достоверности (проверкой нулевой гипотезы Н0: р = 0) заменим его величиной z:
z = -In— = 0,5 -ln[(l + 0,62)/ (1-0,62)1 = 0,725 2 1 - r Затем находим t-критерий (t3Mn, т. е. tz) : tz = z/sz = zV(n-3) = 0,725V(12-3) = 2,18. Шаг4. Вычисление критического значения статистики критерия (ta) при задан- ном числе степеней свободы df = n - 2. Данный этап реализуется по табл. 4. Табличное значение критерия при 5%-м уровне значимости (а = 0,05) и df = 12 - 2 = 10 равно 2,23. Таблица 4. Критические значения t-критерия Стьюдента при различных уровнях a Число степеней свободы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 a 0,05 12,71 4,30 3,18 2,78 2,57 2,45 2,37 2,31 2,26 2,23 2,20 2,18 2,16 2,14 2,13 2,12 2,11 0,01 63,66 9,92 5,84 4,60 4,03 3,71 3,50 3,36 3,25 3,17 3,11 3,05 3,01 2,98 2,95 2,92 2,90 0,001 64,60 31,60 12,92 8,61 6,87 5,96 5,41 5,04 4,78 4,59 4,44 4,32 4,22 4,14 4,07 4,02 3,97 Число степеней свободы 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 40 60 120 00 a 0,05 2,10 2,09 2,09 2,08 2,07 2,07 2,06 2,06 2,06 2,05 2,05 2,05 2,04 2,02 2,00 1,98 1,96 0,01 2,88 2,86 2,85 2,83 2,82 2,81 2,80 2,79 2,78 2,77 2,76 2,76 2,75 2,70 2,66 2,62 2,58 0,001 3,92 3,88 3,85 3,82 3,79 3,77 3,75 3,73 3,71 3,69 3,67 3,66 3,65 3,55 3,46 3,37 3,29 Шаг5. Выбор верной гипотезы по следующему правилу: Н0: р = 0, tKp > t3Mn, P > ос; Hi: р Ф 0, tKp < t3Mn, Р < ос. Так как 2,23 > 2,18 (tKp > tKp) , то отвергнуть нулевую гипотезу нельзя. Зна- чит, коэффициент корреляции статистически не отличается от нуля 2. Определение необходимого объема выборки, при котором коэффициент корре- ляции оказался бы значимым. Найдем необходимый объем выборки. Значение ta берем из табл. 4 для a = 0,01 и числа степеней свободы равным оо: n = ta2/z2 + 3 = 2,582/0,7252 + 3 = 15,7 = 16. Таким образом, число наблюдений необходимо довести как минимум до 16, чтобы с вероятностью более 99 % отвергнуть нулевую гипотезу и считать коэффициент корреляции статистически значимым.
Сравнение двух коэффициентов корреляции Пирсона При сравнении коэффициентов корреляции двух независимых выборок проверяется нулевая гипотеза о том, что разница между сопоставляемыми выборочными коэффи- циентами случайна. Другими словами, в генеральной совокупности разница между данными показателями равна нулю, т. е. обе выборки происходят из одной и той же генеральной совокупности с параметром р. Выдвинутая нулевая гипотеза проверяется с помощью t-критерия Стьюдента: t = (ri - r2)/V(sri2 + sr22) В зависимости от объема выборки и абсолютного значения коэффициента корре- ляции ошибки сравниваемых коэффициентов вычисляются по одной из приведенных в выше формул. Нулевая гипотеза отклоняется при условии tKp < t3Mn для уровня значимости а и числа степеней свободы df = ni+n2-4. Пример На независимых выборках ni = 80 и п2 = 86 определены два коэффициента кор- реляции: ri = 0,76 и г2 = 0,61. Есть ли достоверная разница между коэффициен- тами корреляции? Решение. Шах1 1. Формулировка нулевой гипотезы. Разница между сравниваемыми выбороч- ными коэффициентами случайна (Н0: pi = р2 или Н0: pi - р2 = 0) . Шах1 2. Определение стандартных ошибок коэффициентов корреляции. Коэффициен- ты корреляции вычислены на малых выборках (п < 100) и имеют достаточно боль- шие значения, поэтому для расчета их стандартной ошибки воспользуемся форму- лой sr = V((l - r2)/(n - 2)) Sl = V((l - 0,762)/(80 - 2)) = 0,074 s2 = V((l - 0,612)/(86 - 2)) = 0,086 Шах1 3. Определение эмпирического t-критерия Стьюдента: t = (ri-r2)/V(sri2+sr22) = 0,76-0,61/V(0,0742+0,0862) =1,32 Шах1 4. Проверка нулевой гипотезы. По табл. 4 находим критическую величину t-критерия Стьюдента для а = 0,05 и числа степеней свободы равного 162 (df = 80 + 86 - 4). Данная величина равна 1,96, и она не позволяет отвергнуть нуле- вую гипотезу (tKp > t3Mn; 1,96 > 1,32). Разница между сравниваемыми коэффици- ентами равна нулю. Ответ. Достоверная разница между сравниваемыми коэффициентами корреляции отсутствует. Более точная оценка разности между коэффициентами, полученными на выборках сравнительно небольшого объема (п < 100) и по своему абсолютному значению превышающими 0,5, проводится при использовании z-преобразования: /= i z'~-'; \ щ - 3 п2 - 3
Коэффициент ранговой корреляции Спирмена Коэффициент корреляции Пирсона является параметрическим показателем. Однако существуют и непараметрические коэффициенты, которые позволяют измерять сте- пень сопряженности между признаками: коэффициент ранговой корреляции Спирме- на, т-коэффипиент Кендалла, коэффициент гамма. Коэффициент ранговой корреля- ции Спирмена используется наиболее часто. Этот непараметрический аналог коэф- фициента корреляции Пирсона вычисляют, если верно одно (или два) из следующих условий: 1. Одна или несколько переменных измеряются в ранговой (порядковой) шкале; 2. Хотя бы одна из переменных распределена ненормально; 3. Небольшой размер выборки; 4. Связь между признаками не является линейной. Коэффициент ранговой корреляции Спирмена рассчитывают по формуле бУУ2 ';=1—Ц— п{п~ -1) где d - разность рангов для каждого члена выборки; п — число парных наблю- дений (объем выборки). Как и коэффициент корреляции Пирсона, коэффициент ранговой корреляции Спир- мена принимает значения от -1 до +1, и его словесная оценка силы связи прово- дится так же. Выборочный коэффициент ранговой корреляции Спирмена служит оценкой своего генерального параметра ps. Для оценки статистической значимости расчетное значение коэффициента Спирмена сравнивают с критическим значением, взятым из таблиц критических значений (Гланц, 1999, табл. 8.6). Если расчетное значение rs равно или превышает критическое значение при заданном уровне значимости а и конкретном объеме выборки п, то нулевая гипотеза отвергается и делается вы- вод о том, что коэффициент корреляции статистически значимо отличается от ну- ля. Пример Необходимо определить связь между массой тела и содержанием гемоглобина в крови гамадрилов. Результаты наблюдений и их обработка приведены в табл. 5. Таблица 5. Вычисление коэффициента ранговой корреляции Спирмена Номер гамадрила 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Масса тела, кг 17 18 18 19 19 20 21 22 23 25 Ранг 1,0 2,5 2,5 4,5 4,5 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 R = 55 Содержание гемоглобина, % 70 74 78 72 77 76 88 80 77 86 Ранг 1,0 3,0 7,0 2,0 5,5 4,0 10,0 8,0 5,5 9,0 R = 55 Разность рангов d 0 -0,5 -4,5 2,5 -1,0 2,0 -3,0 0 3,5 1,0 Id = 0 d2 0 0,25 20,25 6,25 1,00 4,00 9,00 0 12,25 1,00 Id2 = 54
Решение. Шаг1. Формулировка нулевой гипотезы. Связь между массой тела и содержанием гемоглобина в крови гамадрилов отсутствует (Н0: ps = 0) . Шаг2. Расчет коэффициента ранговой корреляции Спирмена. Для нахождения ран- гов необходимо упорядочить данные по возрастанию и заменить их реальные зна- чения рангами. Рангом значения называется его номер в упорядоченном ряду. Вначале заменим значения массы тела соответствующими значениями их рангов, но так как некоторые варианты повторяются, их рангами будут средние арифметиче- ские из соответствующих им чисел. К примеру, значение 18 повторяется дважды, поэтому ранг находим таким образом: (2 + 3)/2 = 2,5. Аналогично вычисляем ранг и для значения 19. Затем ранжируем значения второй переменной. Если ран- ги рассчитаны верно, их суммы должны быть одинаковы, а сумма разности рангов будет равна нулю. Определим коэффициент ранговой корреляции Спирмена: 6TV 6-54 rs=\ ^ = 1 ^^ = 0,67 п(п -1) 10(10-1) Шаг 3. Проверка нулевой гипотезы. По табл. 6 находим критическое значение коэффициента ранговой корреляции Спирмена. Таблица 6. Критические значения коэффициента ранговой корреляции Спирмена Уровень значимости а п 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0,50 0,600 0,500 0,371 0,321 0,310 0,267 0,248 0,236 0,217 0,20 1,000 0,800 0,657 0,571 0,524 0,483 0,455 0,427 0,406 0,10 1,000 0,900 0,829 0,714 0,643 0,600 0,564 0,536 0,503 0,05 - 1,000 0,886 0,786 0,738 0,700 0,648 0,618 0,587 0,02 - 1,000 0,943 0,893 0,833 0,783 0,745 0,709 0,678 0,01 - - 1,000 0,929 0,881 0,833 0,794 0,755 0,727 0,005 - - 1,000 0,964 0,905 0,867 0,830 0,800 0,769 0,002 - - - 1,000 0,952 0,917 0,879 0,845 0,818 0,001 - - - 1,000 0,976 0,933 0,903 0,873 0,846 <. . .> 47 48 49 50 0,101 0,100 0,098 0,097 0,190 0,188 0,186 0,184 0,243 0,240 0,238 0,235 0,288 0,285 0,282 0,279 0,340 0,336 0,333 0,329 0,374 0,370 0,366 0,363 0,405 0,401 0,397 0,393 0,443 0,439 0,434 0,430 0,469 0,465 0,460 0,456 Критическое значение для уровня значимости а = 0,05 и объема выборки п = 10 равно 0,648. Оно меньше полученного эмпирического значения rs, поэтому связь между массой тела и содержанием гемоглобина в крови гамадрилов есть. Также необходимо отметить, что нулевая гипотеза отвергается при диапазоне вероятно- сти 0,02 < Р < 0,05 (критическое значение для уровня значимости а = 0,02 и объема выборки п = 10 равно 0,745). Чтобы удостовериться в наличии связи меж- ду изучаемыми признаками, желательно увеличить объем выборки. Ответ. Связь между массой тела и содержанием гемоглобина в крови гамадрилов есть (0,02 < Р < 0,05) . Если объем выборки больше 50 (п > 50) , проверку нулевой гипотезы осуществ- ляют при помощи критерия Стьюдента с числом степеней свободы df = n-2: t = rs/V((l - rs2)/(n - 2))
Коэффициент ранговой корреляции Спирмена характеризует корреляционную связь независимо от нормальности распределения признаков, формы их связи, объема выборки. Он позволяет измерить тесноту связи между признаками, которые не поддаются непосредственному количественному измерению, но могут быть выражены баллами и другими условными единицами. Однако если условия использования ко- эффициента корреляции Пирсона соблюдаются, следует отдавать предпочтение именно ему как более мощному показателю связи между переменными по сравнению с коэффициентом корреляции Спирмена. Корреляция для качественных признаков Корреляционный анализ применим не только для количественных, но и для каче- ственных переменных. Одним из показателей, позволяющих установить тесноту связи между двумя качественными признаками, является коэффициент ассоциации, или тетрахорический показатель связи, предложенный К. Пирсоном: ad - be yj{a + b)(c + d)(a + c)(b + d) где a, b, c, d - численности коррелируемых групп (вариант), распределяемых по клеткам четырехпольной таблицы. Коэффициент ассоциации позволяет измерить тесноту связи именно при альтер- нативной вариации (да - нет, хорошо - плохо, живой - мертвый, согласен - не согласен), когда оба качественных признака выражаются только своим наличием или отсутствием у особей. По сути, изучаемая выборка разбивается на четыре части: 1. а - число особей, имеющих оба признака (++); 2. Ь - число особей, имеющих только первый признак (+-); 3. с - число особей, не имеющих первого признака, но имеющих второй (-+); 4. d — число особей, не имеющих обоих признаков (--). Схематично разбивку обычно представляют в виде таблицы ассоциации, называе- мой также таблицей 2x2, или четырехпольной таблицей (табл. 7). Таблица 7. Общий вид четырехпольной таблицы Признак 1 Присутствует (+) Отсутствует (-) Z Признак 2 Присутствует (+) а с а + с Отсутствует (-) Ь d Ь + d Z а + Ь с + d n = a+b+c+d По своей сути коэффициент ассоциации является одной из модификаций критерия хи-квадрат. Как и коэффициент корреляции Пирсона, и коэффициент ранговой кор- реляции Спирмена, он принимает значения от -1 до +1. Его словесная оценка си- лы связи проводится так же, как и у этих коэффициентов. При ad > be коэффици- ент ассоциации имеет положительный знак, а при ad < be - отрицательный. Если ad = be, то коэффициент ассоциации будет равен нулю. При интерпретации ре- зультата коэффициент оценивают по его абсолютной величине. Выборочный коэффициент ассоциации служит оценкой своего генерального пара- метра, и нулевая гипотеза сводится к предположению, что в генеральной сово- купности данный показатель равен нулю (Н0: (р = 0). Нулевая гипотеза отверга- ется, если Хзмп2 = пер2 > Хкр2 при заданном уровне значимости а и числе степеней
свободы df = (2-1) (2-1) =1 (цифрой 2 в формуле расчета числа степеней свободы обозначено число строк и столбцов четырехпольной таблицы). Теоретическое распределение х является непрерывным и асимметричным. Его форма зависит от числа степеней свободы и приближается к нормальной кривой по мере увеличения п (рис. 5). Рис. 5. Функция х -распределения в зависимости от разных чисел степеней свободы. Применение критерия хи-квадрат для оценки дискретных распределений сопряже- но с некоторыми погрешностями. Качественные признаки дискретны, их числовые значения не распределяются непрерывно, поэтому в форму расчета коэффициента ассоциации рекомендовано вводить поправку Йейтса на непрерывность: ф= ad-bc\- 0,5« 4{a + b){c + d){a + c)(b + d) Пример Влияет ли семейное положение на успешность учебы студентов мужского пола? В ходе опроса были получены материалы о количестве хорошо и плохо обучающихся из числа холостых и женатых студентов-мужчин. Обобщение результатов опроса приведено в табл. 8. Таблица 8. Результаты опроса Признак 1 Хорошо учится (+) Плохо учится (-) Z Признак 2 Женатые (+) 14 9 23 Холостые (-) 4 7 11 Z 18 16 34 Решение. Шаг 1. Формулировка нулевой гипотезы. Связь между успешностью учебы и се- мейным положением отсутствует (Н0: ср = 0) . Шаг 2. Расчет коэффициента ассоциации: ф = ad -be 14-7-4-9 у](а + Ь){с + d)(a + c)(b + d) >/l8 ■ 16 - 23 -11 = 0,23
Шах1 3. Проверка нулевой гипотезы. Рассчитаем Хэмп • Хэмп2 = 34*(0,23)2 = 1,79. По таблице критических значений х2 находим Хкр2 (табл. 9). Его величина больше выборочной оценки (Хкр2 = 3,84; Хзмп2 = 1,79). Значит, нулевая гипотеза не отклоняется. В случае ввода в формулу поправки Йейтса абсолютная величина коэффициента ассоциации будет ниже - 0,17. Таблица 9. Критические значения х2 (Фрагмент) Уровень значимости df 1 2 3 4 5 0,50 0,455 1,386 2,366 3,357 4,351 0,25 1,323 2,773 4,108 5,385 6,626 0,10 2,706 4,605 6,251 7,779 9,236 0,05 3,841 5,991 7,815 9,488 11,070 0,025 5,024 7,378 9,348 11,143 12,833 0,01 6,635 9,210 11,345 13,277 15,086 0,005 7,879 10,597 12,838 14,860 16,750 0,001 10,828 13,816 16,266 18,467 20,515 Ответ. Между семейным положением и успешностью учебы студентов мужского по- ла нет связи. Частная корреляция При нахождении связи между двумя признаками полезно задуматься о том, не обусловлена ли она влиянием какого-либо третьего признака. К примеру, если исследовать достаточно большое количество мужчин и сопоставить размер их обу- ви с уровнем образованности, то между этими двумя переменными можно заметить хотя и небольшую, но значимую корреляцию, которая есть пример так называемой ложной корреляции. Полученный коэффициент корреляции действительно не отобра- жает определенную причинную связь между двумя рассматриваемыми признаками, а в большей степени обусловлен третьей переменной - ростом мужчин. При оценке корреляции между урожаем и средней температурой воздуха имеет смысл учитывать и третий фактор - количество осадков, который влияет и на урожайность, и на среднюю температуру воздуха. Для выяснения воздействия третьего признака на корреляционную связь между первым и вторым признаками необходимо исследовать данную связь при постоянных значениях третьего фактора. Как это сделать экспериментально? К примеру, при изучении корреляционной связи между весом животных и диаметром их мышечных волокон третий признак - калорийность пищи - можно разбить на разные классы (экспериментальные группы), организовав в каждом кормление при определенном уровне калорийности пищи. Затем нужно определить степень связи между весом животных и диаметром их мышечных волокон для каждой экспериментальной группы и рассчитать средний коэффициент корреляции, который и будет отражать меру связи между первым и вторым признаками при неизменном значении третьего. Та- кой показатель называют частным коэффициентом корреляции и обозначают как ^12(3) или Г12.з- В скобках или через точку дают признак, влияние которого нужно исключить из корреляционной зависимости между первыми двумя. Эксперимент, описанный выше, можно и не проводить, а воспользоваться форму- лой для расчета частного коэффициента корреляции: '12->13'23 М2<3) >/(l-^)(l-rf3)
где г12, Г13, г2з _ коэффициенты корреляции Пирсона, рассчитанные для призна- ков , номера которых указаны в индексе. Пример Из снопа озимой ржи случайным образом отобрали колосья. Затем измерили дли- ну каждого колоса (признак 1), подсчитали число колосков (признак 2) и коли- чество зерен (признак 3) в каждом колосе: признак 1 признак 2 признак 3 70 18 36 60 17 29 70 22 40 46 10 12 58 16 31 69 18 32 32 9 13 62 18 35 46 15 30 62 22 36 Необходимо определить более высокий частный коэффициент корреляции. Решение. Шах1 1. Вычисление парных коэффициентов корреляции Пирсона. Определяем ri2,ri3, г2з по формуле (1). Опускаем процедуру вычисления и приводим получен- ные величины: ri2 = 0,86, ri3 = 0,85, г23 = 0,95. Шах1 2. Вычисление частного коэффициента корреляции между признаками 1 и 2. Определяем частный коэффициент корреляции между признаками 1 и 2 при исключе- нии признака 3 по формуле '12(3) '12 Г13Г23 0,86-0,85-0,95 = 0,32 7(1-А123)(1-г22з) Va-°>852)-(l-0,952) Шаг 3. Вычисление частного коэффициента корреляции между признаками 1 и 3. Определяем частный коэффициент корреляции между признаками 1 и 3 при исключе- нии признака 2 по формуле Пз-ЬЪ _ 0,85-0,86-0,95 '13(2) = 0,21 V(l-r,22)(l-r223) V(l-0,862)(l-0,952) Шах1 4. Вычисление частного коэффициента корреляции между признаками 2 и 3. Определяем частный коэффициент корреляции между признаками 2 и 3 при исключе- нии признака 1 по формуле ,. %-^13 _ 0,95-0,86-0,85 _по. Vd-^Xl-r,2) Vd-0,862)(l-0,852) Шах1 5. Сравнение полученных частных коэффициентов корреляции, проверка их значимости. Наиболее высоким оказался частный коэффициент корреляции между числом колосков (признак 2) и количеством зерен (признак 3) в колосьях при исключенном влиянии на связь признака 1 - длины колосьев. Оценка его значимо- сти проводится в пять шагов. Наблюдаемое (эмпирическое) значение t-критерия ("Ьэмп) вычисляем по формуле t = rV((n - 2)/(1 - г2)) = 0,81 => t = 0,8lV((10-2)/(l-0,812)) = 3,91. Полученную величину сравниваем с критическим значением tKp (см. табл. 4). Эмпирическое значение t-критерия превосходит критическое значение при а = 0,01 (t3Mn = 3,91; tKp = 3,36) и числе степеней свободы df = 10-2 = 8. Нулевая гипотеза отвергается (Р < 0,01) . Оценка значимости других частных коэффициентов корреляции не позволила от- вергнуть нулевую гипотезу: ri2(3) =0,32 (ts ri3(2) =0,21 (ts = 0,96; tKp = 3,36; Р > 0,05), = 0,61; tKp = 3,36; Р > 0,05) .
Ответ: При условии неизменной длины колосьев налицо тесная связь между чис- лом колосков и количеством зерен в колосьях. • * * Сопряженность вариации (взаимосвязи) двух признаков называется корреляцией. Если с увеличением одного признака происходит рост другого, то говорят о по- ложительной корреляции, и коэффициент корреляции имеет в этом случае положи- тельный знак (+) . Если по мере увеличения первого признака второй уменьшает- ся, то это отрицательная корреляция, и коэффициент корреляции будет со знаком минус (-). Полная положительная корреляция равна +1, полная отрицательная —1. В природе такая ситуация встречается редко, и степень связи выражается той или иной долей единицы. Для словесной оценки силы связи можно использовать шкалу английского статистика Чеддока. При выборе типа коэффициента корреляции необходимо брать во внимание тип данных изучаемых переменных, а также не за- быть верно интерпретировать условия возможности его вычисления. Корреляционный анализ с использованием Microsoft Excel Рассмотрим способ оценки взаимосвязи между двумя переменными с помощью Microsoft Excel. Обратите внимание, в Microsoft Excel не предусмотрена функ- ция для вычисления рангового коэффициента корреляции Спирмена, а также для сравнения двух коэффициентов корреляции Пирсона. Для оценки степени связи ме- жду двумя признаками будем использовать коэффициент корреляции Пирсона. Его применение предполагает выполнение нескольких обязательных условий (см. вы- ше) , поэтому корреляционный анализ лучше начинать с визуализации и убедиться, что связь между признаками является линейной. Экспресс-проверку нормальности распределения каждого из анализируемых признаков более простым способом можно осуществить, рассчитав значения среднего, моды и медианы каждого признака. При строго нормальном распределении среднее, мода и медиана совпадают по аб- солютной величине, но для выборочных данных эти величины, как правило, будут приблизительно равны. Также проверку нормальности распределения можно осуще- ствить при помощи правила трех сигм (см. Жукова, Минец, 2020, с. 15) либо рассчитав коэффициенты асимметрии gi и эксцесса д2. Вычисление коэффициента корреляции возможно двумя способами: с применением пакета Анализ данных и при помощи функции КОРЕЛЛ. Задача: У 20 взрослых мужчин измерили рост и вес. № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Рост, см 165 176 175 168 167 172 175 180 179 173 Вес, кг 56 75 70 61 61 63 72 80 76 68 № 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Рост, см 166 178 169 169 170 176 180 169 177 176 Вес, кг 58 76 60 64 63 71 78 63 75 71 Определите тесноту связи между ростом мужчин и их весом при помощи коэффи- циента корреляции Пирсона.
Решение. Шах1 1. Ввод данных. Введите данные по предложенному образцу (рис. 6). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 А В Рост Вес 165 176 175 168 167 172 176 180 179 173 166 178 169 169 170 176 180 169 177 176 56 75 70 61 61 63 72 80 76 68 58 76 60 64 63 71 78 63 75 71 Рис. 6. Ввод данных. Шах1 2. Определение формы зависимости. Выделите массив данных (А2:В21) и пе- рейдите на вкладку «Вставка», на которой есть панель «Диаграммы». Нажмите кнопку «Точечная» и в выпадающем поле выберите «Точечная с маркерами» (рис. 7) . Получена точечная диаграмма рассеяния (рис. 8) , показывающая, что связь между изучаемыми признаками является линейной. Главная | Б:таБ>:а | Размена страницы Формулы Данные Рецензирование ш Сводная таблица - Таб/ 3 Таблица ицы J26 А ~*1 Рисунок Картинка Фигуры Sn - В 1 Рост Вес 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 165 176 175 168 167 172 176 180 179 173 166 178 169 169 170 176 180 169 177 176 56 75 70 61 61 63 72 80 76 68 58 76 60 64 63 71 78 63 75 71 • Иллюстрации J* С Л§ &I & • О Iln_ Еая Линейчатая С Точечная Другие График С'олбец Выигрыш / • областями * * ' проигрыш |Д"лгесг.1мы| Точечная рклаины Точечная с маркерами Сравнение пар значений. Применяется, если сравниваемые значения нельзя расположить на оси X либо они относятся к независимым измерениям. ito i се типы диаграмм.. Рис. 7. Определение формы зависимости.
Шах1 3. Экспресс-проверка на нормальность распределения. Проведите расчет значений среднего, моды и медианы каждого признака (см. рис. 8) . Видно, что данные значения практически совпадают для значений как одного признака, так и другого. ШЕИ j Вставить Б 1 Главная Л Вырезать Вставка -О Копировать * J Формат по образцу ■фер обмена V29 А 1 Рост Вес 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [21 165 176 175 168 167 172 176 180 179 173 166 178 169 169 170 176 180 169 177 176 - ▼ В Разметка страницы Формулы Данные Рецензирование Вид Calibri '11 - А* л* ш « ш <& - м' Перенос текста ЖА'Н' ВВ • J* * Д ' яй s йв if- *p- :Э Объединить и помеаить в центре Шрифт 1. Выравнивание /« С D E F G Н 1 J Рост Вес 56 среднее 173,1 68,1 75 медиана 174 69 70 мода 176 63 61 61 63 72 80 76 68 58 76 60 64 63 71 78 63 75 71 90 ЯГ) А ± ♦♦♦ # 70 -.ф ♦ ♦ 60 4>ф*Л .♦._... 50 • 40 зл ^и 1П ±и 0 ; | 160 165 170 175 180 185 J Рис. 8. Быстрая проверка нормальности распределения. Шаг 4. Вычисление коэффициента корреляции с применением пакета «Анализ дан- ных» . Перейдите на вкладку «Данные». Найдите пакет «Анализ данных» и нажмите на него (рис. 9). В «Инструменты анализа» выберите «Корреляция», нажмите ОК. Заполните диалоговое окно «Корреляция» в соответствии с образцом (рис. 10). В разделе «Входные данные» в поле «Входной интервал» введите весь массив дан- ных с их метками А1:В21. Ввод данных производится перетаскиванием мыши по указанному диапазону ячеек, удерживая правую кнопку нажатой. Группирование выберите по столбцам. Массив данных введен с метками: поставьте флажок в поле «Метки» в первой строке. В разделе «Параметры вывода» в поле «Выходной интер- вал» укажите место вывода результатов (поставьте курсор внутри поля «Выходной интервал» и щелкните левой кнопкой мыши по ячейке G1). Нажмите ОК.
^ЕЭ^^И Главная Получение внешних данных * V29 1 А 1 Рост Вес 2 165 3 176 4 175 5 168 6 167 7 172 8 176 9 180 10 179 11 173 ■ 12 166 13 178 14 169 15 169 16 170 17 176 18 180 19 169 20 177 21 176 Вставка PajM€TKa страницы Фоомугы 1 Данмые 1 Рецензирование В дключени.ч А| ^=Щ w . __! я1 Сортировка Фильтр Текст по А ^Дополнительно СТОл6цак ИД tm т г'X - -v Группировать - £а > Pajrp/ппировать • Удалить , . дубликаты -? ' 3J Промежуточный итог Г,ОД<Л!-0чемИЯ СорТПРОВО 11 фИЛьТр Рз^ОТЛ С ДанНЫМИ Стр',гХ;,рЭ BCDEFGHI JKL Рост Вес 56 среднее 173,1 68Д 75 медиана 174 69 70 мода 176 63 61 61 | 63 72 80 76 68 58 76 60 64 63 Анализ данных Инструменты онолмзо Двухфакторный дисперсионный анализ без повторений >. Ковариация Описательная статистика - Экспоненциальное сглаживание Двухвыборочный F-тест для дисперсии Анализ Фурье Гистограмма Скользящее среднее | Генерация случайных чисел "' 1 <* | г 1 [ Отмена | 1 £провко "'■■""■■"■"■■'■" »-^—■■» 71 Ю 78 0 63 160 165 170 175 180 185 75 71 * 0 <= _-л Анализ данных 1 Анализ 1 М Рис. 9. Выбор элемента Корреляция из списка Инструменты анализа. I'^iT'i Главная Получение внешних данных ~ G1 1 Рост Вес 2 165 3 176 4 175 5 168 6 167 7 172 8 176 9 180 10 179 11 173 12 166 13 178 14 169 15 169 16 170 17 176 18 180 19 169 20 177 21 176 Встаем ПОД* В 56 с 75 л 70 л 61 ; 61 63 72 80 J 76 j 68 76 60 64 63 71 78 63 75 71 э Размегка страницы Фоом/лы Данные Рецензирован ...,_. i _. л ■ '■■ ■ .-, лнэчения Сортировка и фильтр /х С D E F G 1 -^ Рост Вес ^ ; реднее 173,1 68,1 ледиана 174 69 л ода 176 63 ие Вид Раоотз с данными Н 1 J Корреляция Входные данные Входной интервал: $A$l:$B$2i p&j] Группирование: О по столбцам по строкам У Метки в первой ароке Параметры вывода 9 Выходной интервал: Новый рабочий лист: Новая рабочая книга V 1Ы^1 OK Отмена Справка к,^^^ J1 1 1 1 1 1 1 1 L 1 0 Г^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 1 U t ' ! ' ! ' 160 165 170 175 180 185 Рис. 10. Диалоговое окно Корреляция.
Коэффициент корреляции равен 0,98 (г = 0,98), что указывает на су- ществование тесной связи между весом и ростом мужчин (рис. 11). шшш Получен Главная не енешми> данных * N5 А 1 Рост 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 165 176 175 168 167 172 176 180 179 173 166 178 169 169 170 176 180 169 177 176 Вставка Разметка с zJ Подключения Обновить все • В Вес По,: - 56 75 70 61 61 63 72 80 76 68 58 76 60 64 63 71 78 63 75 71 ^ючешч и с трампцы Форм)Лы Дай J.J Сортировка Фильтр ;орТ/рСБ<3 И D E F Рост Вес среднее 173Д 68,1 медиана мода 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 • 160 174 69 176 63 ..♦•** 165 170 иые Рецензирование Вид £• -> Раз .С> Дополнительно фильтр ♦ G Рост Вес . ♦* 175 те<а по Удалить , . столбцам дубликаты -'• * ^ Раоога с данными Н 1 J Рост Вес 1 0,98 1 ♦ ♦♦♦ 180 185 Рис. 11. Результат корреляционного анализа. _\ Получение Ьнешних данные * 1 2 3 4 5 6 7 8 У 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 G5 А Рост 165 176 175 168 167 172 176 180 179 173 166 178 169 169 170 176 180 169 177 176 к ^подключения А. г7*?1 Г <■ ■■ ■ -j-l - ■* ^* О&ноеша я| Сорырсем Фильтр T<r».ti по Удалить все- А V Дополиите.-ьйс столбцам дуб/чютм -? * - X V U = В С D E F G Н 1 Вес 56 с Рост Вес Рост Вес редмее 173,1 68,1 Рост 1 75 медиана 174 69 Вес 0,98 1 70 н 61 61 > 63 72 80 76 68 58 76 60 64 63 71 78 63 75 71 ода 176 63 Ь 1 Мастер функций - шаг 1 из 2 Ооиск функции: введите кроткое описание действия, которое нужно выполнить, и Дойти нажмите кнопку "Найти* k ^ Категория: Статистические * J выберите функцию: К08АИ1АЦ)1Я.в а К08АП1АЦКЯ.Г 1"' ' ■—^^м^^^^^^^^^^^^^^и^^^^^^^^^^^^^м^^м ЛГРФПИ16Л ЛИНЕИН ЛОГНОРМ.06Р ЛОГНОРМ.РАСП КОРРСЛ(мас£ив1;массме2) возвращает коэффициент корреляции между двумя множествами данных &;*A-iii^<^i^u^ [ ок ] Отмена ] v Гр/ >> Ра} iJnp< J Is Рис. 12. Нахождение коэффициента корреляции посредством функции КОРЕЛЛ.
Шах1 5. Вычисление коэффициента корреляции с применением функции КОРЕЛЛ. Ввод функции осуществите в ячейке G5. Это можно сделать несколькими способа- ми: нажав кнопку fx (Вставка функции: располагается перед строкой ввода фор- мул) или на клавиатуре Shift + F3. В появившемся диалоговом окне «Мастер функций» - шах1 1 из 2 в поле «Категория» выберите «Статистические», в списке «Выберите функцию» найдите КОРЕЛЛ, нажмите на него, затем на ОК (рис. 12). В диалоговом окне «Аргументы функции» в поле «Массив1» введите диапазон данных переменной «Рост» - А2:А21, в поле «Массив2» - диапазон данных пере- менной «Вес» - В2:В21. Массивы данных вносятся без меток (рис. 13). При введении массивов данных не имеет значения, в какой последовательности это сделано. Нажмите ОК. _', Попечение внешни* данных * 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 КОРРЕ/1 А Рост Вес 165 176 175 168 167 172 176 180 179 173 166 178 169 169 170 176 180 169 ПоД'-ЛгО'-ен/Ч vOp'HDOE^ i! v X • /ж =КОРРЕЛ(А2:А21;В2:В21) В С D E F Рост Вес 56 среднее 173,1 68,1 75 медиана 174 69 70 моде 176 63 61 61 63 72 80 76 68 58 76 60 64 63 71 78 63 > Аргументы функции К0РР€Л Maccmi А2:А21 МЭССИ82 82:821 -ЬА пьтр PjCotj ■: ,;эньь.".' Ст[:,».т,рл G HI J К L Рост Вес Рост 1 Вес 0,98 1 |'1;В2:В21) ] = ~ЖШЩ j£e| = (165:176:17S:168:167:172:176:180:179:... аГ| = <S6:75 70:61:61:63:72:80:76:68 58:76:6... = 0,978743832 Возвращает коэффициент корреляции между двумя множествами данных. M3COW2 Значение: 0,97874Ш2 Спрэев лс >тсифум.:а*'И второй диапазон значений. Значениями могут быть чиста, имена, массивы или ссылки с именами | ОК [ [ Отмена РЕГРЕССИОННЫЙ АНАЛИЗ Рис. 13. Введение массивов данных. Регрессионный анализ позволяет при помощи уравнения регрессии математически выразить связь между двумя переменными (тогда как при помощи коэффициента корреляции можно измерить лишь силу данной связи). Сначала рассмотрим уравнение регрессии для генеральной совокупности, а за- тем выясним, как можно оценить ее параметры по выборке. Вспомним общую схему на примере сравнения двух групп: нужно взять нормально распределенную сово- купность, найти параметры распределения (среднее значение р. и стандартное от- клонение о) г затем - их выборочные оценки и использовать последние для оценки значимости различий между группами, например получавших препарат пациентов и нет. В случае построения уравнения регрессии мы также будем иметь дело с нор- мально распределенной совокупностью, но группа будет только одна. Также обратим внимание на связь между двумя количественными признаками, ха- рактеризующими членов группы (например, между дозой препарата и его эффектом или ростом и весом особей в выборке). Ограничимся описанием линейной зависи- мости двух переменных, которая определяется формулой у = ос + рх. Однако при исследовании биологических признаков зависимость может носить нелинейный ха-
рактер, например у = ос + рх . Возможна и множественная зависимость, когда оп- ределяющих признаков больше одного: у = а + рх + yz• Понятие регрессии Рассмотрим генеральную совокупность. Представим гипотетическую совокупность особей, у которых измеряли вес и рост. Как в ней будут связаны значения веса и роста? Предположим, объем генеральной совокупности равен 200. Исследовав совокупность, обнаружили, что рост особей подчиняется нормальному распределе- нию со средним р. = 40 см и стандартным отклонением о = 5 см. Измерив значения веса, выяснили, что он тоже подчиняется закону нормального распределения и имеет следующие параметры: р = 12 г и о = 2,5 г. Однако интересно наличие за- висимости веса от роста (рис. 14). Как правило, чем больше рост индивида, тем больше его вес, причем данная зависимость носит линейный характер. 20 18 16 14 12 U S ю 0> о PQ о- 4 2 0 о» . а = -8 г р = 0,5 г/см °* = * г V/т-г т—I I I I I I I I I I I I I I I I I 1 I I I I I I 25 30 35 40 45 50 55 Рост (х), см Рис. 14. Рост и вес исследованной совокупности особей (N = 200). Из рис. 14 выясняем, сколько весят особи, чей рост составляет 32 см. Таких четверо, их вес равен соответственно 7,1; 7,8; 8,3; 8,8 г. Таким образом, можно рассчитать средний вес особи ростом 32 см, который будет равен 8 г. Де- вять индивидов ростом 46 см соответственно весят 13,7; 14,5; 14,8; 15; 15,1; 15,2; 15,3; 15,8; 16,2 г. Их средний вес равен 15 г. Если для каждого значе- ния роста подсчитать соответствующий ему средний вес, то окажется, что най- денные значения лежат на прямой линии (рис. 15).
О « 5 X a. ~ 25 30 35 40 45 50 55 Рост (x), см Рис. 15. Средний вес особей разного роста. Следовательно, можно утверждать, что средний вес линейно зависит от роста. Выбрав какое-либо значение роста, можно примерно найти вес особей этого рос- та, точнее, средний вес, поскольку для каждого конкретного значения роста (см. рис. 14) существует определенный разброс веса, который можно оценить, рассчитав стандартное отклонение веса для каждого значения роста. В исследуе- мой совокупности оказывается, что при любом росте стандартное отклонение веса <?у|х составит 1 г (заметно меньше стандартного отклонения веса для всей не разделенной по весам совокупности). • * * Подведем предварительный итог. На рис. 14 схематично изображены все 200 особей совокупности. Каждый индивид был измерен по росту и взвешен, а резуль- тат нанесен на график в виде кружков. В исследуемой совокупности наблюдается нормальное распределение по обеим переменным: росту и весу. Более того, можно увидеть, что средний вес особей определенного роста связан с ростом линейной зависимостью, а разброс значений веса для всех выявленных значений роста при- мерно одинаков. Чтобы к совокупности можно было применить линейную модель регрессионного анализа, она должна обладать тремя перечисленными свойствами. Уравнение регрессии В уравнении регрессии одна из переменных (х) называется независимой пере- менной, а другая (у) - зависимой. Набор значений у, соответствующих опреде- ленному значению х, обозначим у|х. Так, в примере на рис. 14-15 рост будем рассматривать как независимую пере- менную, а вес - как зависимую. Естественно, это не значит, что одна перемен- ная действительно определяет другую, просто по значению одного признака можно ZU1 18 16 14 ' 12 10 8 6 4 2 л jxv,v = a + p* = -8 + 0,5л;
предсказать значение второго. В условиях эксперимента произвольно меняем не- зависимую переменную и смотрим, как преобразуется зависимая. При этом иногда речь реально идет о зависимости, т. е. о причинной связи. В прочих случаях выявление статистической связи двух переменных указывает на возможность при- чинной связи, но еще не доказывает ее. Разобраться в причинах и следствиях только статистическими методами невозможно. Для того чтобы подтвердить при- чинную связь, необходимо найти биологический механизм, порождающий ее. К при- меру, эпидемиологические данные о связи пассивного курения и ишемической бо- лезни сердца еще не доказывают, что пассивное курение способствует развитию заболевания. Может случиться, что и то и другое является следствием какой- либо неизвестной причины (скажем, нервной обстановки). Однако если получены экспериментальные данные о том, что пассивное курение и отдельные компоненты табачного дыма вызывают поражение сердца у лабораторных животных, это уже го- ворит в пользу причинной связи. Вернемся к примеру построения уравнения регрессии. Для каждого значения не- зависимой переменной х (в нашем случае это рост) рассчитаем среднее значение зависимой переменной у (вес) . Среднее значение у в точке х обозначим iiy|X- То- гда обнаруженная линейная зависимость описывается уравнением Pyix = ос + рх где а - значение у в точке х = 0 (коэффициент сдвига); р - коэффициент на- клона линии регрессии. В нашем примере при увеличении роста на 1 см средний вес повышается на 0,5 г, поэтому р = 0,5. Для прямой с рис. 15 имеем а = -8 г. Таким образом, пря- мая средних (для каждого роста) значений веса задается формулой Pyix = -8 + 0,5х Посмотрим, как будет распределен вес особей одного роста. В данном случае это нормальное распределение со средним ]iY\x и стандартным отклонением оу\х. Однако этого факта еще недостаточно для корректного применения модели линей- ной регрессии. Помимо нормальности распределения, требуется, чтобы аУ|Х было примерно одинаковым для разных х. Иначе говоря, разброс значений зависимой случайной переменной у должен быть неизменным при любом значении независимой переменной х. В нашем примере это условие выполняется. Итак, для применения линейной регрессии значения переменных должны удовле- творять следующим условиям: 1. Среднее значение ]iY\x линейно зависит от х; 2 . Для любого значения х значения у|х распределены нормально; 3. стандартное отклонение оУ|Х одинаково при всех значениях х. Функция, отражающая линейную зависимость iiy|X от х, определяется параметрами аир. Разброс значений у|х в точке х задается стандартным отклонением оу\х. Оценка параметров уравнения регрессии по выборке В реальности очень редко удается получить данные обо всей совокупности, ча- ще всего приходится довольствоваться выборками. Предположим, мы располагаем данными не обо всех 200 особях, а только о 10 из них. На рис. 16, а они пока- заны черными кружками среди 190 своих собратьев. На рис. 16, б данные показа- ны так, как их увидел бы исследователь, изучивший только эту выборку.
20 18 16 14 и 12 S ю о а> о 0Q о- 4^ ? 8§2|881 в!11в8 28|||§8в > 611 ° , 8 8 3 ° 20 18 16 14 и 12 S ю 4^ 2 О VI I I I I I I I I I I I I I И I I I I I I I I I I I I I I I О ^/1 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I И I I I М П 25 30 35 40 45 50 55 25 30 35 40 45 50 55 Рост (лг), см а Рост (х), см б Рис. 16. Зависимость веса особей от их роста: а - случайная выборка объемом 10 из совокупности в 200 особей; б - выборка с точки зрения исследователя, который не может наблюдать всю совокупность. 201 18 Ш 14 12 10 а> « 8 6-1 4 2-1 П V'l I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I ! I I I 25 30 35 40 45 50 55 Рост О), см Рис. 17. Варианты проведения прямой через 10 точек выборки. Что можно сказать о совокупности, основываясь на выборочных данных? Похоже, что в конкретном случае исследователю повезло: зависимость веса от роста в выборке выглядит примерно так же, как и в совокупности в целом. Однако следу-
ет помнить, что выборка может вводить в заблуждение, потому важно ответить на следующий вопрос: какова вероятность ошибочного заключения о совокупности на основе анализа выборки? Данная задача сводится к оценке параметров уравнения регрессии аир по выборке. Как правило, перед исследователем стоит задача оценить параметры уравнения регрессии на базе выборки. Выборочные оценки коэффициентов аир уравнения регрессии обозначим соответственно а и Ь. Найти наилучшие оценки данных пара- метров - по сути то же, что провести наилучшую прямую через имеющиеся точки (поскольку у = а + Ьх, то это уравнение прямой) . Однако какую прямую в такой ситуации можно считать наилучшей? Чтобы найти ответ, посмотрим на рис. 17, где изображены четыре прямые. Очевидно, что прямая 1 не подходит для описания наших данных, точки оказались по одну сторону от нее. Прямая 2 немного лучше, пересекает область, где находятся точки, но слишком круто устремляется вверх. Какая из прямых 3 и 4 является лучшей, сказать трудно. Давайте пока разберем- ся , почему прямая 2 кажется лучше прямой 1, а прямая 3 - лучше прямой 2. Пря- мая тем лучше, чем ближе она расположена ко всем точкам выборки. Иными слова- ми, лучше подходит прямая, относительно которой разброс точек минимален. Оценка разброса была ранее представлена в части 1. «Описательная статисти- ка» . Там для этой цели использовали средний квадрат отклонений от среднего. Поступим аналогичным образом. Сперва определим расстояние по вертикали от ка- ждой точки до регрессионной прямой (рис. 18,а, б), далее возведем полученные величины в квадрат и просуммируем их. Напомним, что возведение в квадрат по- требовалось , чтобы отклонения, равные по абсолютной величине, но разные по знаку, вносили один и тот же вклад. так как все она хотя бы 20 Ш 16 14 и 12 3 ю о О OJ DQ ОТ 6 4 2 Olfc 20 Ш 16 14 3 ю о 6 4 1 I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 25 30 35 40 45 50 55 Рост (дг), см а 0>*г Линия регрессии у = а + Ьх а = -6 г b = 0,44 г/см Линия средних |ivU = а + р.т а = -8 г р = 0,5 г/см I I I! I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I 25 30 35 40 45 50 55 Рост (л), см б Рис. 18. Расстояние по вертикали от каждой точки: 3; б - до прямой 4 (линия средних с рис. 15). а - до прямой Рассчитанная сумма квадратов отклонений от точек до прямой 4 будет меньше, чем до прямой 3. Следовательно, прямая 4 лучше отражает зависимость у от х. Также можно отметить, что для прямой 4 линия средних, выявленная по генераль-
ной совокупности, оказалась расположена достаточно близко. Более того, можно доказать, что именно для прямой 4 сумма квадратов отклонений выборочных зна- чений зависимой переменной минимальна. Способ нахождения линии, сумма квадра- тов расстояний от которой до всех точек выборки минимальна, называется мето- дом наименьших квадратов, а непосредственно линия - прямой регрессии. Напомним, что мы ищем параметры уравнения регрессии У = а + Ьх. В таком случае коэффициент сдвига будет вычисляться как (£г)(Е*Ч-(£*)(£*,■) »(2У)-(5»2 а коэффициент наклона ь »(I»-(I»(Sr) »(2>2)-(2»: где х и у — значения независимой и зависимой переменных у п членов выборки. Рассчитаем параметры уравнения регрессии для выборки из 10 особей. Вспомо- гательные величины для вычислений приведены в табл. 10. Таблица 10. Расчет параметров уравнения регрессии (п = 10) X 31 32 33 34 35 35 40 41 42 46 £х = 369 У 7,8 8,3 7,6 9,1 9,6 9,8 11,8 12,1 14,7 13,0 Еу = 103,8 х2 961 1024 1089 1156 1225 1225 1600 1681 1764 2116 £х2 = 13 841 ху 241,8 265,6 250,8 309,4 336,0 343,0 472,0 496,1 617,4 598,0 £ху = 3930,1 Подставим полученные числа в формулы (2) и (3) для коэффициентов регрессии: а = (103,8*13841 - 369*3930,1)/(10*13841 - 3692) = -6 Ь = (10*3930,1 - 369*103,8)/( 10*13841 - 3692) = 0,44 Таким образом, прямая регрессии для выборки из 10 членов совокупности, изо- браженных на рис. 16, имеет следующий вид: У = -6 + 0,44х. Именно данное уравнение задает прямую 4 на рис. 17. (2) (3)
Разброс значений вокруг прямой регрессии Выше мы рассчитали а и Ь — оценки коэффициентов регрессии аир по выборке. Следует получить оценку разброса значений вокруг прямой регрессии. Мы уже вы- яснили, что при каждом значении х стандартное отклонение постоянно и равно оУ|Х. Выборочной оценкой аУ|Х служит ** " V ^2 где (а + Ьх) - значение уравнения регрессии в точке х; [у-(а + Ьх) ] расстояние от точки до прямой регрессии; £ - суммирование квадратов этих рас- стояний . Не будем подробно объяснять, почему сумма квадратов отклонений должна быть поделена на п - 2, а не на п или п - 1. Скажем только, что причина будет ана- логична той, по которой в оценке стандартного отклонения делитель равен п — 1 (см. Жукова, Минец, 2019). Величина sY|X называется остаточным стандартным отклонением, соответственно, Sylx2 ~ остаточная дисперсия. Связь sy|X со стандартными отклонениями sy и sx зависимой и независимой переменных определяется формулой V|X=^2( v" x) Для рассмотренной выборки sx = 5, sy = 2,4. Тогда Ыг=^(2,42-0,44252)=1,02 Как видно, оценка syjx оказалась близкой к истинному значению оу)х, равному 1 г. Стандартные ошибки коэффициентов регрессии Подобно тому, как выборочное среднее - оценка истинного среднего (среднего по совокупности) , так и выборочные параметры уравнения регрессии а и Ь явля- ются не более чем оценками истинных коэффициентов регрессии аир. Соответст- венно, разные выборки будут давать разные оценки среднего, и точно так же разные выборки - разные оценки коэффициентов регрессии. Для выборки с рис. 16 получили значения а= -6иЬ= 0,44. Теперь рассмотрим другую выборку из той же совокупности (рис. 19,а). На рис. 19,6 данная выборка показана с точки зрения исследователя. Отметим, что общая закономерность осталась прежней: вы- сокие особи весят больше низкорослых. Однако, рассчитав коэффициенты регрес- сии, получим а= -4 гиЬ= 0,38 г/см. Если бы мы построили все возможные выборки по 10 особей в каждой, получи- лась бы совокупность всех возможных значений а и Ь. Их средние значения будут равны ос и р, а стандартные отклонения - аа и ар. Последние называются стан- дартными ошибками коэффициентов регрессии.
201 18 16 14 \2\ ; Ю * 8 0Q 61 4J 2 0 °°0 A§8o£ 8 °8$ 8 о | § § 8 8 20 18 16 14 3 io о U о CO о" VI I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I ! I I I I I I I I 25 30 35 40 45 50 55 Рост (jc), см a //'' Линия регрессии f v = a + bx a = -4 г /> = 0,38 г/см 4j Линия средних Цф = а + рл -I а = -8г Z ' р = 0,5 г/см () */"! I I I I I I I I I—П—П—I I I I I I I I I I—1 I ! I I |— 25 30 35 40 45 50 55 Рост (дг), см б Рис. 19. Вариант анализа зависимости веса особей от их роста на основе другой выборки: а - случайная выборка объемом 10 экземп- ляров из совокупности (особи, попавшие в выборку, отмечены точ- ками) ; б - линия регрессии (2) , рассчитанная по выборке (см. рис. 18; линия 1 - линия средних с рис. 15). Стандартные ошибки коэффициентов регрессии, подобно стандартной ошибке среднего или доли, используются при проверке гипотез и вычислении доверитель- ных интервалов. Выборочные оценки для аа и Ор обозначаются соответственно sa и sb и вычисляются по формулам 1 Sa=Sv\X ■'- + п („-1W Ч = 1 Sxtx yjn ~ 1 Sx Для выборки с рис. 16,6 имеем VlO-1 5 = 0,068 Стандартные ошибки коэффициентов регрессии используются аналогично стан- дартной ошибке среднего: для нахождения доверительных интервалов и проверки гипотез (см. Жукова, Минец, 2020).
Статистическая значимость взаимосвязи Как убедиться, что зависимость действительно существует? Иными словами, как по выборочным данным определить вероятность нулевой гипотезы о том, что коэф- фициент наклона линии регрессии р = О? Совокупность всех выборочных значений коэффициента наклона Ь приближенно подчиняется нормальному распределению. Таким образом, можно воспользоваться критерием Стьюдента так же, как и для проверки гипотезы относительно среднего значения. В общем виде критерий Стьюдента для данной ситуации можно опреде- лить как t = Выборочная оценка - Истинная величина Стандартная ошибка выборочной оценки Для оценки значимости коэффициента наклона запишем t = (Ь - p)/sb Оценить вероятность гипотезы о равенстве р = 0 можно двумя способами. 1. Приравняв р к нулю, имеем t = b/sb По таблицам критических значений (Гланц, 1999, табл. 4.1) найдем Ьа - кри- тическое значение t для выбранного уровня значимости а и числа степеней сво- боды v = n - 2. Если полученное значение t по абсолютной величине превосходит ta, тогда Р ^ a, т. е. зависимость статистически значима. Потренируемся на рассмотренном выше примере. Для выборки с рис. 16 нашли Ь = 0,44 и sb = 0,068. Тогда t = 0,44 / 0,068 = 6,47. Объем выборки равен 10. Предположим уровень значимости равным 0,001. В таблицах для этого уровня зна- чимости и числа степеней свободы v=10-2=8 находим критическое значение ta = 5,041. Поскольку t > ta нулевую гипотезу об отсутствии зависимости веса от роста следует отвергнуть. Конечно, как и всегда при проверке гипотез, это заключение может оказаться ложным, но вероятность совершить ошибку в данном случае не превышает 0,001. Таблица 11. Фрагмент таблицы критических значений t (двусторонний вариант) (по Гланц, 1999, табл. 4.1) Уровень значимости a V 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0,5 1,000 0,816 0,765 0,741 0,727 0,718 0,711 0,706 0,703 0,700 0,2 3,078 1,886 1,638 1,533 1,476 1,440 1,415 1,397 1,383 1,372 0,1 6,314 2,920 2,353 2,132 2,015 1,943 1,895 1,860 1,833 1,812 0,05 12,706 4,303 3,182 2,776 2,571 2,447 2,365 2,306 2,262 2,228 0,02 31,821 6,965 4,541 3,747 3,365 3,143 2,998 2,896 2,821 2,764 0,01 63,656 9,925 5,841 4,604 4,032 3,707 3,499 3,355 3,250 3,169 0,005 127,321 14,089 7,453 5,598 4,773 4,317 4,029 3,833 3,690 3,581 0,002 318,289 22,328 10,214 7,173 5,894 5,208 4,785 4,501 4,297 4,144 0,001 636,578 31,600 12,924 8,610 6,869 5,959 5,408 5,041 4,781 4,587
2. Способ основан на использовании доверительных интервалов (см. Жукова, Минец, 2020). Так, 100(1 - а)%-й доверительный интервал для р имеет вид Ь - tocSb < Р < Ь + tocSb- Рассчитаем 95 %-й доверительный интервал. Число степеней свободы v = 10-2 = 8. По таблице критических значений (табл. 11) находим t0/05 = 2,306. Использу- ем рассчитанные ранее выборочные значения Ь = 0,44 и sb = 0,068. Следователь- но, 95 %-й доверительный интервал для (3 будет 0,44 - 2,306*0,068 < Р < 0,44 + 2,306*0,068 или, проведя соответствующие расчеты, получим 0,28 < Р < 0,60. Поскольку ноль в этот интервал не попадает, вероятность того, что р = 0, будет меньше принятого уровня значимости, т. е. составляет меньше 5 %. Если рассчитать 99,9 %-й доверительный интервал, можно убедиться, что и он не содержит нуля. Таким образом, вывод, полученный при использовании критерия Стьюдента, совпадает с таковым, выявленным при помощи доверительного интерва- ла . Известное нам истинное значение р = 0,5 попадает в этот доверительный ин- тервал . Также заметим, что доверительный интервал можно вычислить и для коэффициен- та а. К примеру, 95 %-й доверительный интервал будет иметь вид а. — to,o5Sa < а < а + to,osSa- Подставив в формулу значения, получим -6 - 2,306*2,53 < а < -6 + 2,306*2,53, и в итоге будет -11,8 < а < -0,17. Рассчитанный доверительный интервал также покрывает истинное значение ос = - 8 г. Следующий этап регрессионного анализа - построение доверительной области для линии регрессии и значений зависимой переменной. Доверительная область для линии регрессии Обычно истинные величины коэффициентов регрессии аир неизвестны, информа- ция есть только об их выборочных оценках а и Ь. Другими словами, истинная прямая регрессии может пройти выше или ниже, быть более крутой или пологой, чем построенная по выборочным данным. Аналогично вычислению доверительных ин- тервалов для коэффициентов регрессии можно найти доверительную область и для линии регрессии. На рис. 20,а, б показана 95 %-я доверительная область для выборки с рис. 16,6. Как видно, это довольно узкая полоса, которая несколько расширяется при крайних значениях х.
20 18 16 14 12 3 io о ffi * 8 6 4 2 0^ i i i i i i i i ' i i i » \ i i i i i i i i i i i i i i i i 25 30 35 40 45 50 55 Рост (x), см a 20 18 16 14 Yl\ 3 ю- и <L> с, CQ 8- 6- 4- 2- 0 г / / л / / . / / / у I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I— 25 30 35 40 45 50 55 Рост (х), см в Рис. 20. 95 %-я доверительная область для выборки с рис. 16,6: а - линии регрессии; б - значения зависимой переменной. Известно, что в случае линейной регрессии при любом значении независимой переменной х соответствующие значения зависимой переменной у будут распреде- лены нормально. Средним для них является значение уравнения регрессии у. Не- определенность его оценки будет характеризоваться стандартной ошибкой регрес- сии, которая вычисляется по формуле п {n-\)-s; В отличие от стандартных ошибок у при разных х± принимает разные значения: чем дальше х от выборочного среднего, тем она больше. Теперь можно вычислить 100(1 - а)%-й доверительный интервал для значения уравнения регрессии в точке х: где У — значение уравнения регрессии в точке х (У = а + Ьх) ; Ьа — крити- ческое значение с v = n - 2 степенями свободы. Получили уравнение для кривых, ограничивающих доверительную область линии регрессии (см. рис. 20,а). С заданной вероятностью (обычно 95 %-й) можно ут- верждать, что истинная линия находится где-то внутри этой области. Обратите внимание, три точки из десяти оказались вне доверительной области. Это совер- шенно естественно, поскольку речь идет о доверительной области линии регре- сии, а не непосредственно значений (для них доверительная область будет го- раздо шире). К слову, многие авторы публикаций нередко приводят доверительную область линии регрессии так, будто это доверительная область значений (это примерно то же, что выдавать стандартную ошибку среднего за характеристику
разброса значений, путая ее со стандартным отклонением). К примеру, из рис. 20,а видно, что средний вес особей ростом 40 см с вероятностью в 95 % окажет- ся между 11 и 12,5 г, но из этого не следует, что в данных пределах окажется вес 95 % особей такого роста. Для того чтобы с заданной вероятностью указать область, где будет находиться вес особи с известным ростом, необходимо найти доверительную область для значений зависимой переменной. Доверительная область для значений Разброс значений складывается непосредственно из разброса вокруг линии рег- рессии и неопределенности положения последней. Описанием разброса значений вокруг линии регрессии является остаточное стандартное отклонение sy|X, а не- определенность положения линии регрессии характеризует стандартная ошибка регрессии У. Вспомним, что дисперсия суммы двух величин равна сумме диспер- сий , поэтому ^=VV+Jr (4) Подставив в формулу (4) выражение для У, получим |T~i (.Y-.v)2 •' \ п (n-l)-s; Тогда 100(1 - а)%-й доверительный интервал для зависимой переменной будет выглядеть следующим образом: v — t s < v < v — t s Обратите внимание, входящие в это неравенство величины У и sy зависят от х. На рис. 20,6 изображена полученная по формуле (4) 95 %-я доверительная об- ласть для значений зависимой переменной. В нее попадет 95 % всех возможных значений веса особей любого роста из обследованной совокупности. К примеру, с вероятностью в 95 % можно утверждать, что любой 40-сантиметровый индивид ве- сит от 9,5 до 14 г. Сравнение двух линий регрессии Часто требуется сопоставить линии регрессии, рассчитанные по двум выборкам. Это можно сделать тремя способами. 1. Сравнить коэффициенты наклона Ь. 2 . Сравнить коэффициенты сдвига а. 3. Сравнить линии в целом. В первых двух случаях следует воспользоваться критерием Стьюдента. Если нужно проверить, значимо ли различие в наклоне двух прямых регрессии, крите- рий Стьюдента вычисляется по формуле t = (bi - b2)/sbi-b2
где bi-b2 - разность коэффициентов наклона; sbi-b2 ~ стандартная ошибка раз- ности коэффициентов наклона. Затем вычисленное t сравним с критическим значением ta, имеющим (ni-2) + (n2-2) = ni + п2 - 4 степени свободы. Если обе регрессии оценены по одинаковому числу наблюдений, то стандартная ошибка разности вычисляется следующим образом: 1 "> sh,-h2 " V^i +Sh Если объемы выборок различны, следует воспользоваться объединенной оценкой остаточной дисперсии: s ^(/11-2)5>2|У|+(/12-2)5)2|Л: г|ао6ш ^ + ^ _ 4 Тогда формула для sbi-b2 принимает вид 2 ,2 оош - 1Ао6ш h'-b<-=''(»,-ц '(«,-1,4 Можно сравнить и коэффициенты сдвига ai и а2. В этом случае t = (ai - a2)/sai-a2 Если обе регрессии вычислены по одинаковому числу точек, то Г2 2" При неодинаковом числе точек следует воспользоваться объединенной оценкой дисперсии. Перейдем к сравнению двух линий регрессии в целом. Сопоставить две линии регрессии - значит оценить вероятность нулевой гипотезы о совпадении линий. Напомним, что коэффициенты регрессии вычисляются так, чтобы разброс точек во- круг линии регрессии был минимален. Данный разброс характеризуется остаточной дисперсией sY|X2: чем меньше остаточная дисперсия, тем лучше прямая регрессии соответствует имеющимся точкам. Воспользуемся этим показателем для оценки ре- зультатов следующего мысленного эксперимента: объединим обе выборки в одну и построим для нее линию регрессии. Если линии регрессии для двух выборок близ- ки, то остаточная дисперсия существенно не изменится, и наоборот, если они различаются, то совпадение точек и линии ухудшится, и остаточная дисперсия возрастет. Порядок действий: 1. Построить прямую регрессии для каждой из выборок. 2. По остаточным дисперсиям sy|Xi2, и sy|x22, каждой из регрессий вычислить объ- единенную оценку остаточной дисперсии зУ|ХОбщ2 3. Объединить обе выборки. Построить прямую регрессии для получившейся общей выборки и вычислить остаточную дисперсию sY|xeflMH2 4. Вычислить «выигрыш» от использования двух раздельных регрессий. Мерой ре- зультата служит величина
(А7, + п7 -2)slx -(я, + я? -4)sL sy\\ - 2 5. По sy|XB2 (выборочная остаточная дисперсия) и зУ|ХОбщ2 вычислить критерий F: 6. Сравнить вычисленное значение с критическим значением F для числа степе- ней свободы vMe5K = 2 и vBHy = nl + n2 - 4. Если полученное значение больше кри- тического, то гипотеза о совпадении линий регрессии должна быть отклонена. • * * Регрессионный анализ позволяет оценить, как одна переменная зависит от дру- гой и каков разброс значений зависимой переменной вокруг прямой, определяющей зависимость. Эти оценки и соответствующие доверительные интервалы позволяют предсказать значение зависимой переменной и определить точность данного пред- сказания. Результаты регрессионного анализа можно представить только в доста- точно сложной цифровой или графической формах. Связь регрессии и корреляции И построение регрессии, и расчет коэффициентов корреляции позволяют оценить наличие связи между признаками, поэтому не удивительно, что между коэффициен- том корреляции и параметрами регрессионного анализа существует тесная связь. Разные способы представления коэффициента корреляции позволяют лучше понять смысл данного показателя. Вспомним, что уравнение регрессии строится так, чтобы минимизировать сумму квадратов отклонений от линии регрессии. Обозначим эту минимальную сумму квадратов sOCt (данную величину называют остаточной суммой квадратов). Сумму квадратов отклонений значений зависимой переменной у от ее среднего у обозна- чим Бобщ. Тогда Г = 1 - S0ct/So6hi; (5) где г2 - коэффициент детерминации (в случае линейной зависимости это будет просто квадрат коэффициента корреляции). Коэффициент детерминации оценивает долю дисперсии (изменчивости) у, которая объясняется с помощью х в простой линейной регрессионной модели. Из формулы (5) видно, что если значения зависимой переменных лежат на пря- мой регрессии, то sOCt = 0, тем самым г = +1 или г = —1. т. е. существует ли- нейная связь зависимой и независимой переменных. Следовательно, по любому значению независимой переменной можно точно предсказать значение зависимой переменной. Напротив, если переменные вообще не связаны между собой, то sOCt = S06111; • Тогда г = 0 . Таким образом, коэффициент детерминации равен доле общей дисперсии (so64), которая обусловлена, или, как говорят, объясняется, линейной регрессией. Остаточная сумма квадратов sOCt связана с остаточной дисперсией sy|X2 соотно- шением SOCT — \Ti~Z.) Sy|x r а общая сумма квадратов з0бщ ~ с дисперсией sy2 соотношением
30бщ = (n-1) Sy В таком случае П - 1 s" У Данная формула позволяет судить о зависимости коэффициента корреляции от доли остаточной дисперсии в полной дисперсии sY|X2/sy2. Чем доля меньше, тем больше (по абсолютной величине) коэффициент корреляции, и наоборот. Мы убедились, что коэффициент корреляции отражает тесноту линейной связи переменных. Однако если речь идет о предсказании значения одной переменной по значению другой, то не следует слишком полагаться на коэффициент корреляции. К примеру, данным на рис. 20,а, б соответствует весьма высокий коэффициент корреляции (г = 0,92), но ширина доверительной области значений показывает, что неопределенность предсказания довольно значительна. Именно поэтому даже при большом коэффициенте корреляции полезно вычислять доверительную область значений. Наконец, приведем соотношение коэффициента корреляции и коэффициента накло- на прямой регрессии Ь: г = bsx/sy где Ь - коэффициент наклона прямой регрессии, a sx и sy — стандартные от- клонения переменных. Если не брать во внимание случай sx = 0, то коэффициент корреляции равен нулю только тогда, когда Ь = 0. В заключение отметим, что истолкование результатов регрессионного и корре- ляционного анализа во многом зависит от того, в каком исследовании были полу- чены данные: обсервационном или экспериментальном. Если связь переменных была обнаружена в обсервационном исследовании (наблюдении), то это не значит, что одна из них влияет на другую. Возможно, их согласованные изменения - резуль- тат действия какого-либо неизвестного фактора. В экспериментальном исследова- нии, произвольно меняя одну из переменных, можно быть уверенным, что связь (если она будет выявлена) является причинной. Впрочем, осторожность не поме- шает и в этом случае, потому как сложно менять только одну переменную, кон- тролируя неизменность остальных. Регрессионный анализ с использованием Microsoft Excel Рассмотрим подходы, позволяющие рассчитать коэффициенты линейного уравнения регрессии с помощью Microsoft Excel. При построении линейного уравнения рег- рессии ищут прямую линию, которая наилучшим способом функционально оценивает взаимосвязь зависимой и независимой переменных. Такая линия называется подог- нанной линией регрессии, а описывающее ее уравнение - уравнением регрессии (рис. 21). Перед началом регрессионного анализа необходимо правильно выбрать зависимую переменную у и независимую переменную х. Вычисление коэффициентов для уравне- ния линейной зависимости предполагает выполнение нескольких обязательных ус- ловий, поэтому регрессионный анализ начинают с построения точечного графика и проверки нормальности распределения анализируемых признаков.
Положительный остаток Предсказанное значение Отрицательный остаток X Рис. 21. Подогнанная линия регрессии. Задача У 20 взрослых мужчин измерили рост и вес. № 1 2 3 4 5 6 13 14 15 16 Рост, см 165 176 175 168 167 172 169 169 170 176 Вес, кг 56 75 70 61 61 63 60 64 63 71 № 7 8 9 10 11 12 17 18 19 20 Рост, см 175 180 179 173 166 178 180 169 177 176 Вес, кг 72 80 76 68 58 76 78 63 75 71 Рассчитайте коэффициенты линейного регрессионного уравнения и запишите его виде у = а + Ьх. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 А Рост (х) 165 176 175 168 167 172 176 180 179 173 166 178 169 169 170 176 180 169 177 176 В Вес (у) 56 75 70 61 61 63 72 80 76 68 58 76 60 64 63 71 78 63 75 71 Рис. 22. Ввод данных,
Шах1 1. Определение зависимой и независимой переменных. Перед проведением регрессионного анализа необходимо правильно выбрать зависимую у и независимую х переменные. В нашем примере вес - зависимая переменная у, рост - независи- мая х. Шаг 2. Ввод данных. Внесите информацию по предложенному образцу (рис. 22). Обратите внимание на пример ввода: вначале задают независимую переменную, а после нее в следующий столбец - зависимую. Такой ввод данных важен для верно- го построения точечной диаграммы рассеяния анализируемой зависимости в шаге 3. Шаг 3. Определение формы зависимости. Выделите массив данных (А2:В21) и пе- рейдите на вкладку «Вставка», на которой есть панель «Диаграммы». Нажмите кнопку «Точечная» и в выпадающем поле выберите «Точечная с маркерами» (рис. 23) . Главная ид Сводная Таблица Рисунок Картинка таблица ~ Таблицы 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17_ 18 19 20 21 А2 Бстзека I Разметка страницы -j) Фигуры * —, SmartArt & Снимок Иллюстрации £ 165 Формулы Данные >й; График г 4* Круговая * 5* Линейчатая ' |Диаграмыы| id Гистограмма Рецензирование |Д С областями • |^> Точечная * Точечная Вид Е Срез Фильтр Гиперссылка Ссылки А Рост (х) В Вес (у) 165 176 175 168 167 172 176 180 179 173 166 178 169 169 170 176 180 169 177 176 56 75 70 61 61 63 72 80 76 68 58 76 60 64 63 71 78 63 75 71 D Тоисииая с маркерами Сравнение пар значении. Применяется, если сравниваемые значения нельзя расположить на оси X либо они относятся к независимым измерениям. йЪ Все типы диаграмм... Рис. 23. Определение формы зависимости. Получена точечная диаграмма рассеяния (рис. 24) зависимости веса (зависимая переменная у) от роста (независимая переменная х). Уберите лишнюю информацию и напишите названия осей трафика.
^Ещ^И Главная Вставка Разметка стран! ^, Л Cahbri -11 - ш -j • Ж К Ч • А* а' Ш Ваавить J _ * & • Д • is Б',фер обм .. <а Шрифт i. Бо1р N33 ▼ £ ABC 1 Рост (х) Вес (у) 2 165 56 ^° 3 176 75 80 4 175 70 70 - 5 168 61 60 • 6 167 61 7 172 63 JJ 5° 8 176 72 °° 40 9 180 80 зо 10 179 76 2() 11 173 68 12 166 58 10 -— 13 178 76 0 14 169 60 160 15 169 64 16 170 63 17 176 71 18 180 78 19 169 63 20 177 75 Формулы Данные Рецензирование Вид А в ш ш ip Общий д - Ш Ш Ш ' Щ ' % 000 Стили Ячейки ■г- V/ ,оо -»-,о авниванге . Числе ■. Р1 D E F G ♦♦*"** .♦«** ■ 165 170 175 180 185 Рост Рис. 24. График рассеяния. , * 1 ~' -J • Ваавить ,+, ^- ч фер обмена . Диаграмма 1 ж Г А В L Рост (х) Вес (у) I l 165 i 176 1 175 р 168 р 167 Р 172 р 176 ^ 180 .0 179 1 173 2 166 3 178 4 169 5 169 6 170 .7 176 8 180 9 169 0 177 1 17fi 56 75 70 61 61 63 72 80 76 68 58 76 60 64 63 71 78 63 75 71 - > LUpii£T А - с 90 80 70 — 60 у 50 * 40 • 30 20 10 0 160 Л' л' ~ ~ —. -•'' - - - - - " •• . ::- ■..:: - БыраЕн.1Еание Ч.кл: =РЯД(;Лист1!$А$2:$А$21;Лист1!$В$2:$В$21;1) D E F G Н 1 • \ \ Ряд1 Ж А' - -- '- v - -> - О^ - '-ЛГ~ жЛ/Ь Ш Удалить &■ ' «3 Восстановить стиль &|) Изменить тип диаграммы для ряда. -л Выбрать данные.. Добавить подписи данных 1 Добавить линию тренда... 1 ЛГ Формат ряда данных,,. 165 170 Рост Рис. 25. Добавление линии тренда диаграмму.
Данные на диаграмме (см. рис. 24) приблизительно укладываются в одну линию, поэтому линейную регрессию можно использовать для поиска описывающего ее уравнения. Проверку на нормальность распределения анализируемых переменных выполните самостоятельно. Шах1 4. Включение линии регрессии в диаграмму. Щелкните правой кнопкой мыши на любой точке диаграммы и выберите команду «Добавить линию тренда» в контек- стном меню (рис. 25). В диалоговом окне «Формат линии тренда» в «Параметры линии тренда» выберите «Линейная» (рис. 26). Установите флажок в поле «Показывать уравнение на диа- грамме» и в поле «Поместить на диаграмму величину достоверности аппроксимации (R2)». Щелкните по кнопке «Закрыть». После выполнения этих действий Microsoft Excel включит в диаграмму уравнение регрессии и величину достоверности ап- проксимации (рис. 27). Формат линии тренда f Параметры линии тренда Цвет линии Тип линии Тень Свечение и сглаживание Параметры линии тренда Построение линии тренда (аппроксимация и сглаживание) Экспоненциальная О Линейная Логарифмическая Полиномиальная Степе» Степенная Линейная фильтрация Течки л Название аппроксимирующей (сглаженной) кривой Э автоматическое: Линейная (Ряд1) другое: Прогноз вперед на: назад на: 0,0 0,0 периодов периодов Ц пересечение кривой с осью Y в точке: 0,0 [•! показывать уравнение на диаграмме \7] помеспгть на диаграмму величину достоверности аппроксимации (R.^2) Закрыть Рис. 26. Диалоговое окно «Формат линии тренда». Величина достоверности аппроксимации измеряет процентную долю изменчивости значений зависимой переменной (вес), которая может быть объяснена трансформа- циями независимой переменной (рост). Значение R равно 0,9579, и это говорит о том, что изменчивость веса, составляющая 95,79 %, может быть связана с преоб- разованиями роста мужчин (см. рис. 27). Оставшаяся доля - 4,21 % - объясняет- ся случайной изменчивостью веса.
u CD 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 160 V=l,4676x-185,92 R2 = 0,9579 165 170 175 180 185 Рост Рис. 27. Добавление уравнения регрессии и величины достоверности аппроксимации. Шаг 5. Формулировка гипотез, вычисление параметров регрессии. Уравнение на диаграмме несет полезную информацию, но не сообщает о статистической значимо- сти регрессии. Сформулируем нулевую и альтернативную гипотезы: Н0: между весом и ростом мужчин нет линейной зависимости; Hi: между весом и ростом мужчин есть линейная зависимость. Проведите дополнительный анализ, и, получив результаты, посмотрите, какая из гипотез верна. Перейдите на вкладку «Данные». Найдите пакет «Анализ данных» и нажмите на него (см. рис. 9). В списке «Инструменты анализа» выберите «Регрессия», на- жмите ОК. Для вычисления параметров регрессии в диалоговом окне «Регрессия» выполните следующие действия: 1. В поле «Входной интервал Y» введите диапазон ячеек В1:В21 зависимой пере- менной у: 2. В поле «Входной интервал X» введите диапазон ячеек А1:А21 независимой пе- ременной х; 3. Первые ячейки введенных диапазонов содержат текстовые подписи, поэтому ус- тановите флажок в поле «Метки»; 4. Если поставить флажок в поле «Константа-ноль», то в выведенных итогах бу- дет отсутствовать информация о свободном члене уравнения (необходима рас- четная величина свободного члена уравнения, поэтому флажок не ставьте): 5. Поместите курсор мыши внутрь поля «Выходной интервал» и щелкните левой клавишей мыши по ячейке К1; 6. При необходимости получить дополнительную информацию установите соответст- вующие флажки в полях «Остатки» и «Нормальная вероятность» (данный анализ будет рассмотрен в шаге 7): 7. Диалоговое окно «Регрессия» будет иметь вид как на рис. 28, нажмите ОК.
Регрессия Входные данные Входной интервал Y: $В$1:$В$16 Вводной интервал X: $А$1 :$А$16 £ ок 9ё Отмена •] Метки ] Уровень надежности: Параметры вывода 9 Выходной интервал: Новый рабочий лист: Новая рабочая книга Остатки ] Остатки ][Стандартизованные остатки] Нормальная вероятность ] График нормальной вероятности I Константа - ноль 95 % Справка $К$1 Ш Ерафик остатков График подбора Рис. 28. Диалоговое окно «Регрессия». Шаг 6. Интерпретация полученных параметров регрессии. Результаты исследова- ния сгруппированы в три таблицы (рис. 29): первая - содержит материалы стати- стических параметров регрессии, вторая - отражает результаты анализа изменчи- вости , третья - включает оценки статистических параметров и их значимость. к вывод итогов L Регрессионная статистика Множественный R R-квадрат Нормированный R-квадрат Стандартная ошибка Наблюдения Дисперсионный анализ Регрессия Остаток Итого Y-пересечение Рост (х) 0,978743832 0,957939489 0,955602794 1,532403888 20 df 1 18 19 Коэффициенты -185,9205728 1,467613827 М 55 962,6812899 42,26871015 1004,95 Стандартная ошибка 12,54808246 0,072484271 N М5 962,6812899 2,348261675 t-статистика -14,81665213 20,24734209 О F 409,9548616 Р-Значение 1,58328Е-11 7,78983Е-14 Р Значимость F 7,78983Е-14 Нижние 95% -212,2831158 1,315330025 Q Верхние 95% -159,5580298 1,619897629 R Нижние 95,0% -212,2831158 1,315330025 S Верхние 95,0% -159,5580298 1,619897629 Рис. 29. Вывод итогов. Как интерпретировать статистические параметры регрессии? По таблице «Рег- рессионная статистика» (см. рис. 29) можно увидеть, что между анализируемыми признаками наблюдается тесная корреляционная связь. «Множественный R» (квад- ратный корень из величины R-квадрат) равен 0,98. Его величина выражает абсо-
лютную величину корреляции между зависимой и независимой переменными. Квадрат данной величины R-квадрат, или коэффициент детерминации (аппроксимации), так- же выражается высокой величиной. Величина в строке «Нормированный R-квадрат» - скорректированный коэффициент детерминации. «Стандартная ошибка» - мера рассеяния наблюдаемых значений относительно регрессионной прямой. Величина «Наблюдения» указывает размер выборки. В данном случае регрессия основана на 2 0 наблюдениях. Чтобы интерпретировать статистические параметры регрессии, нужно посмотреть на таблицу «Дисперсионный анализ» (см. рис. 29), где приведены параметры из- менчивости веса мужчин. Обратите внимание на результаты столбцов F и «Значи- мость F». Критерий Фишера для регрессионной модели показывает, насколько хо- рошо эта модель объясняет общую дисперсию зависимой переменной. Большая вели- чина F отражает высокую статистическую значимость регрессии. В столбце «Зна- чимость F» отображается величина вероятности. Она мала: 7,79'10~14 (Р « 0,001), поэтому можно заключить, что в нашем примере регрессия является ста- тистически значимой. Другими словами, объясненная дисперсия существенно боль- ше, чем необъясненная, и полученная модель является значимой. Перейдем к оценкам статистических параметров и их значимости. Для рассчиты- ваемой регрессии искомые коэффициенты находятся в столбце «Коэффициенты» по- следней таблицы (см. рис. 29). «Y-пересечение» - свободный член уравнения а. В строке «Рост (х)» находится коэффициент регрессии Ь, отражающий угол накло- на прямой. Коэффициенты регрессионного уравнения, как и любые другие стати- стические показатели, являются выборочными и характеризуются своей стандарт- ной ошибкой, которую можно найти в столбце «Стандартная ошибка». Поэтому уравнение полученной зависимости можно записать не только в виде у = а + Ьх у = -185,92 + 1,47х, но и со стандартными ошибками рассчитанных коэффициентов у = (a±SE) + (b± SE)x. В нашем примере у = (-185,92 ±12,55) + (1,47 ±0,07)х. В столбце «Р-значение» находятся значения расчетных уровней значимости, от- ражающих достоверность каждого из коэффициентов уравнения. Оба значения пока- зывают высокую значимость (Р « 0,001) и свободного члена а, и коэффициента регрессии Ь. Шаг7. Анализ остатков, принятие гипотезы. Полученное линейное уравнение регрессии необходимо продиагностировать дополнительно: провести анализ остат- ков . Остатки - разность между наблюдаемыми значениями и значениями, предска- занными линией регрессии (см. рис. 18, 21). Остатки проверяют на нормальность их распределения - это первое проверяемое условие. Второе условие - дисперсия остатков должна оставаться неизменной во всем диапазоне значений анализируе- мых переменных, т. е. не должна становиться больше или меньше при изменении значений переменных. Значения остатков и график дисперсии остатков можно получить при настройке диалогового окна «Регрессия» путем установки флажков «Остатки» и «Стандарти- зированные остатки», а также «График остатков» в раздел «Остатки» (рис. 30). После нажатия ОК в дополнение к трем таблицам (см. шаг 6) будут выведены еще одна таблица Вывод остатка (рис. 31) и график (рис. 32).
Регрессия Входные данные Входной интервал Y: Входной интервал X: ~7] Метки ~] вровень надежности: Параметры вывода Q Выходной интервал: 1 Новый рабочий лист: 1 Новая рабочая книга Остатки [У\ Остатки [/] Стандартизованные оаатки Нормальная вероятность $B$1:$BS21 (g| $А$1:$А$21 (gj) П Константа - ноль 95 % $к$1 \Щ\ Vl График остатков 1 график подбора [ J График нормальной вероятноаи 1 <g L.S3-J1 1 °* 1 Отмена Справка Рис. 30. Анализ остатков. ВЫВОД ОСТАТКА Наблюдение 1 2 3 4 5 б 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Предсказанное Вес (у) 56,23570869 72,37946079 70,91184696 60,63855017 59,17093635 66,50900548 72,37946079 78,2499161 76,78230227 67,97661931 57,70332252 75,31468844 62,106164 62,106164 63,57377783 72,37946079 78,2499161 62,106164 73,84707462 72,37946079 Остатки -0,235708692 2,62053921 -0,911846963 0,361449827 1,829063654 -3,509005482 -0,37946079 1,750083902 -0,782302271 0,023380691 0,296677481 0,685311556 -2,106164 1,893836 -0,573777827 -1,37946079 -0,249916098 0,893836 1,152925383 -1,37946079 Стандартные остатки -0,158031223 1,756944186 -0,611349074 0,242334543 1,22629829 -2,352617642 -0,254410018 1,173346205 -0,524495654 0,015675617 0,198907833 0,459468093 -1,412080605 1,269725 -0,384690148 -0,92486142 -0,167556598 0,599273598 0,772980439 -0,92486142 Рис. 31. Вывод остатка.
Q25 ▼ | £ =НОРМ.СТ.ОБР(К25/($К$44+1)) | J К L M N OP Q 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 ВЫВОД ОСТАТКА Наблюдение 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Предсказанное Вес (у) 56,23570869 72,37946079 70,91184696 60,63855017 59,17093635 66,50900548 72,37946079 78,2499161 76,78230227 67,97661931 57,70332252 75,31468844 62,106164 62,106164 63,57377783 72,37946079 78,2499161 62,106164 73,84707462 72,37946079 Остатки -0,23570869 2,62053921 -0,91184696 0,361449827 1,829063654 -3,50900548 -0,37946079 1,750083902 -0,78230227 0,023380691 0,296677481 0,685311556 -2,106164 1,893836 -0,57377783 -1,37946079 -0,2499161 0,893836 1,152925383 -1,37946079 Стандартные остатки -0,158031223 1,756944186 -0,611349074 0,242334543 1,22629829 -2,352617642 -0,254410018 1,173346205 -0,524495654 0,015675617 0,198907833 0,459468093 -1,412080605 1,269725 -0,384690148 -0,92486142 -0,167556598 0,599273598 0,772980439 -0,92486142 Остатки -3,5090l[ -2,10616 -1,37946 -1,37946 -0,91185 -0,7823 -0,57378 -0,37946 -0,24992 -0,23571 0,023381 0,296677 0,36145 0,685312 0,893836 1,152925 1,750084 1,829064 1,893836 2,620539 Q1 -1,668391 -1,30917* -1,06757 -0,87614 -0,71244 -0,56595 -0,43073 -0,30298 -0,18001 -0,05972 0,059717 0,180012 0,30298 0,430727 0,565949 0,712443 0,876143 1,067571 1,309172 1,668391 Рис. 32. Упорядоченные по возрастанию величины остатков (столбец Р) и квантили стандартизованного нормального распределения (столбец Q). Кроме значений, предсказанных полученным уравнением регрессии, и остатков, в таблице есть значения стандартизированных остатков. Стандартизированными называются нормированные остатки, которые не зависят от исходной единицы из- мерения переменной. Считают, что стандартизированные остатки с величиной бо- лее 2 или менее -2 являются потенциальными выбросами и при исследовании полу- ченных данных следует анализировать причину резко отличающихся значений. Чтобы проверить условие нормальности распределения остатков, необходимо провести дополнительные вычисления и построить график. Нужны две переменные: полученные величины остатков (ось 0Х) , упорядоченные по возрастанию, и кван- тили стандартизованного нормального распределения (ось 0Y) (см. рис. 32). Для выявления квантилей используется следующее правило: 1-й квантиль стандартизо- ванного нормального распределения Q± представляет собой стандартизованную нормально распределенную величину Z, которой соответствует площадь фигуры, лежащей под кривой плотности вероятностей, равная 1/(п + 1). Воспользуйтесь функцией НОРМ.СТ.ОБР (рис. 33), проведите необходимые вычис- ления и постройте график распределения остатков (рис. 34). Перед построением графика (см. рис. 34) и вычислением Q± убедитесь, что скопированные данные остатков (столбец М) представлены в столбце Р по возрас- танию (см. рис. 33). На полученном графике визуально проведите прямую линию наибольшего соответ- ствия. Если наблюдаемые точки достаточно тесно укладываются вдоль нее, можно заключить, что остатки распределены нормально (см. рис. 34). Если точки раз- бросаны не вдоль прямой, остатки распределены не нормально, и это значит, что линейную модель для анализируемых переменных роста и веса мужчин применять нельзя.
Мастер функций - шаг 1 из 2 ®^з-1 Поиск функции: Введите краткое описание действия, которое нужно выполнить, и нажмите кнопку "Найти" Категория: Статистические Выберите функцию: в Найти НОРМ.РАСП НОРМ.СГ.ОБР НОРМ.СТ.РАСП НОРМАЛИЗАЦИЯ ОТРБИНОМ.РАСП ОТРЕЗОК ПЕРЕС НОРМ .СТ.ОБР( вероятность) Возвращает обратное значение стандартного нормального распределения. Справка по этой функции ОК Отмена Рис. 33. Выбор функции НОРМ.СТ.ОБР. ^-Ф -*т5- -9£- J|L_ Остатки- t * -1 ^» Ф Свт5- •175- 3 Рис. 34. График нормального распределения для остатков. Чтобы проверить условие неизменности дисперсии остатков, посмотрите на гра- фик рис. 35. На оси абсцисс отложена независимая переменная, на оси ординат - нестандартизированные значения регрессионных остатков.
3 -I 2 - 1 - 1 0 - J2 11 3 -i - -2 - -3 - * ♦ -4 -1 ♦ i 166 Рост (х) График остатков ♦ ♦ ♦ ж. ♦ i i i ▼ i i i I 168 1#0 172 174 lt6 178 ж lib ♦ ♦ ♦ ♦ Рост(х) 1 182 Рис. 35. Проверка однородности дисперсии остатков. Несмотря на большой разброс остатков, между ними и х± нет ярко выраженной зависимости. Остатки одинаково часто принимают как положительные, так и отри- цательные значения. Это позволяет сделать вывод, что модель линейной регрес- сии пригодна для решения нашей задачи. Таким образом, можно отвергнуть нулевую гипотезу (см. шаг 5) и принять аль- тернативную : между весом мужчин и их ростом есть линейная зависимость. Обратите внимание, для принятия или опровержения нулевой гипотезы проводит- ся суммарный анализ, исходя из следующего: ■ оценки величины достоверности аппроксимации R2. ■ оценки значимости критерия Фишера F: ■ оценки значимости рассчитанных коэффициентов уравнения; ■ анализа остатков. КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ УМЕНИЙ: АЛГОРИТМ ДЕЙСТВИЙ Корреляционный и регрессионный анализы являются мощным инструментом для описания связи между двумя переменными1. При корреляционном анализе рассчитывают коэффициент корреляции г — безраз- мерную величину, которая изменяется в диапазоне от -1 до +1, отражая силу связи и указывая ее направление. Значения, близкие к 0, говорят об отсутствии связи, при приближении к +1 или -1 сила связи возрастает. При |г} = 1 все значения лежат ровно на линии регрессии. Для регрессионного анализа (в отличие от корреляционного) необходимо верно определить независимую и зависимую переменные. Это принципиально важно при столкновении с истинной зависимостью. Регрессионный анализ находит линию рег- рессии, описывающую отклик зависимой переменной у на изменение независимой переменной х. Полученное уравнение регрессии используют для предсказания то- го, чему в среднем будет равно значение у при заданном значении х. Классические схемы корреляционного и регрессионного анализов описывают линейную зависимость между признаками. Для исследования нелинейных зависимостей используйте специальные руководства.
Важно помнить, что ни коэффициент корреляции, ни уравнение регрессии не да- ют описания исследуемых переменных, поэтому для них следует приводить данные описательной статистики (см. Жукова, Минец, 2019, с. 78). Также выборки необ- ходимо предварительно проверять на наличие выбросов (см. Жукова, Минец, 2019, с. 73-77), потому как подобно расчетам среднего значения и стандартного от- клонения коэффициент корреляции Пирсона и линейная регрессия весьма чув- ствительны к выбросам. Общая схема проведения корреляционного и регрессионного анализов выглядит следующим образом: 1. Сформулируйте нулевую гипотезу (постулирует отсутствие зависимости между анализируемыми признаками); 2. Изобразите диаграмму рассеяния и проанализируйте ее: оцените форму (линей- ность) связи, наличие выбросов или отдельных наблюдений, которые могут из- менять направление и положение линии регрессии: 3. Выберите вариант проведения корреляционного/регрессионного анализа (см. рис. 36, 37), учтите и верно проведите анализ эмпирических данных на соот- ветствие условиям применимости предполагаемого способа; 4. Оцените полученную на основе анализа ваших данных вероятность справедливо- сти нулевой гипотезы Р относительно уровня значимости а: ■ Р > а —> сохраняем Н0 (связь между признаками отсутствует); ■ Р ^ ос —> принимаем Hi (наличие связи между признаками); 5. для дополнительной информации об анализируемых переменных рассчитайте для них показатели описательной статистики (например, среднее значение и стан- дартное отклонение или number summary): 6. оцените соответствие регрессионной модели эмпирическим данным, проведите анализ остатков. Обе переменные количественные х 5 и её При вы всех до ^ \ *> Корреляционный анализ - I ^- Одна или обе переменные ранговые | \%\ г Коэффициент корреляции Пирсона i 1 Одна из переменных качественная г ч Коэффициент корреляции Спирмена г Коэффициент ассоциации Условия допустимости расчета коэффициента корреляции Пирсона: достаточный объем выборки: п > 20 (для большей точности рекомендуют п > 30) ; нормальное распределение обоих признаков (см. Жукова, Минец, 2020, прил. 1). Рис. 36. Схема выбора варианта корреляционного анализа.
Регрессионный анализ Линейная зависимость* Нелинейная зависимость Выбор модели/(х) Трансформация исходных данных Условия допустимости расчета уравнения линейной зависимости: доста- точный объем выборки: п > 20 (для большей точности рекомендуют п > 30) ; линейность связи; нормальное распределение обоих признаков (см. Жукова, Минец, 2020, прил. 1). Рис. 37. Схема выбора варианта регрессионного анализа. Таким образом, основная цель корреляционного и регрессионного анализов - выявление и анализ связи между признаками. При этом важным начальным этапом является изображение и анализ диаграммы рассеяния. Всегда изображайте графи- чески исходные данные, чтобы определить наличие и характер зависимости, силу связи, присутствие выбросов. Коэффициенты корреляционного и регрессионного анализов тесно связаны. Коэф- фициент детерминации г2 отражает долю вариации значений зависимой переменной у, которая объясняется уравнением регрессии при изменении независимой пере- менной х. Подчеркнем, что многие зависимости (особенно биологические) являют- ся линейными лишь в определенном интервале принимаемых значений переменной х. Именно поэтому при выполнении регрессионного анализа избегайте необоснованной экстраполяции далеко за пределы диапазона исследуемой выборки. Кроме того, часто зависимость между двумя переменными - следствие наличия скрытой переменной, влияющей на оба признака и являющейся причиной наличия связи между ними. По этой причине нужно избегать делать вывод о причинно- следственной связи между переменными только на основе высокого коэффициента корреляции. Доказать причинно-следственную связь можно в контролируемом экс- перименте, когда исследователь отслеживает изменение зависимой переменной при преобразовании независимой, контролируя неизменность остальных факторов и ус- ловий СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Базака, Л. И. Статистическая обработка данных в среде пакетов Statistica, EViews и MS Excel: методические указания по выполнению лабораторных работ /Л. Н. Базака, А. И. Разинков. - Пинск : ПолесГУ, 2015. - 138 с. Бейли, Н. Статистические методы в биологии : пер. с англ. / Н. Бейли. - М. : Изд-во иностр. лит-ры, 1962. - 260 с. Берк, К. Анализ данных с помощью MS Excel пер. с англ. / К. Берк, П. Кэйри. - М. : Вильяме, 2005. - 560 с. Гланц, С. Медико-биологическая статистика / С. Гланц. - М. Практика, 1998.-459 с. Гржибовский, А. М. Корреляционный анализ данных с использованием про- граммного обеспечения STATISTICA и SPSS /A. M. Гржибовский, СВ. Иванов, М. А. Горбатова //Наука и здравоохранение. - 2017. -№. 1. - С. 7-36. Елисеева, И. И. Общая теория статистики учебник / И. И. Елисеева, М. М. Юзбашев. - М. : Финансы и статистика, 2004. - 656 с.
7. Ермолаев, О. Ю. Математическая статистика для психологов учебник / О. Ю. Ермолаев. - М. : Флинта, 2006. - 336 с. 8. Жукова , А. А. Биометрия пособие. В 3 ч. Ч. 1. Описательная статистика / A. А. Жукова, М. Л. Минец. - Минск : БГУ, 2019. - 100 с. 9. Жукова, А. А. Биометрия пособие. В 3 ч. Ч. 2. Основные техники анализа данных /А. А. Жукова, М. Л. Минец. - Минск : БГУ, 2020. - 151 с. Ю.Жученко, Ю. М. Статистическая обработка информации с применением персо- нальных компьютеров / Ю. М. Жученко. - Гомель : ГГУ им. Ф. Скорины, 2007. - 105 с. И.Ивантер, Э. В. Основы биометрии. Введение в статистический анализ биоло- гических явлений и процессов учеб. пособие / Э. В. Ивантер, А. В. Ко- росов. - Петрозаводск : ПетрГУ, 1992. - 168 с. 12. Ивантер, Э. В. Элементарная биометрия : учеб. пособие / Э. В. Ивантер, А. B. Коросов. -Петрозаводск : ПетрГУ, 2005. - 104 с. 13.Ивантер, Э. В. Введение в количественную биологию : учеб. пособие / Э. В. Ивантер, А. В. Коросов. - Петрозаводск : ПетрГУ, 2011. - 302 с. 14.Лакин, Г. Ф. Биометрия учеб. пособие /Г. Ф. Лакин. -М. Высш. шк. . 1990.-352 с. 15.Мастицкий, С. Э. Методическое пособие по использованию программы STATISTICA при обработке данных биологических исследований / С. Э. Ма- стицкий. - Минск : Ин-т рыб. хоз-ва. - 76 с. 16.Петри, А. Наглядная статистика в медицине / А. Петри, К. Сэбин ; пер. с англ. под ред. В. П. Леонова. - 2-е изд., перераб. и доп.- М. ГЭОТАР- Мед, 2009. - 168 с. 17. Плохинский, Н. А. Биометрия / Н. А. Плохинский. - М. Изд-во Моск. унта, 1969.-368 с. 18.Реброва, О. Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение паке- та прикладных программ STATISTICA / О. Ю. Реброва. - М. МедиаСфера, 2002.-321с. 19.Рокицкий, П. Ф. Биологическая статистика / П. Ф. Рокицкий. - Минск Высш. шк, 1967.-328 с. 20.Сигел, Э. Практическая бизнес-статистика / Э. Сигел. - М. : Вильяме, 2004. - 1056 с. 21.Спрент, П. Как обращаться с цифрами, или Статистика в действии / П. Спрент. - Минск : Высш. шк., 1983. - 271 с. 22.Халафян, A. A. Statistica 6. Статистический анализ данных учебник / А. А. Халафян. - 3-е изд. - М. : Бином-Пресс, 2007. - 512 с. 23.Zar, J. H. Biostatistical analysis / J. H. Zar. - 5th ed. - Pearson, 2010. - 946 p.
Химичка ПИРОТЕХНИЧЕСКИЕ СОСТАВЫ ХИМИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ Многие составы, перечисленные здесь используют огромное количество различ- ных химических веществ. В этом разделе даны формулы большинства используемых химических веществ, плюс краткое описание их использования в пиротехнике Некоторые химические вещества имеют переменный состав, следовательно, труд- но определить их точную химическую формулу. Если химическая формула не из- вестна, альтернативное название будет в квадратных скобках. Алюминий [А1], чешуйки, американский тёмный. Алюминий [А1], чешуйки, бронзовый. Алюминий [А1], чешуйки немецкий чёрный. Алюминий [А1], спектрально чистый, сферический, 325 mesh. Аммония хлорид [NH4C1] . Аммония бихромат [ (NH4) гСг207] . Аммония перхлорат [NH4C104] . Сурьмы сульфид [Sb2S3] . Бария карбонат [ВаС03] . Бария хлорат [Ва(С103)2]. Бария хлорид [ВаС12] . Бария нитрат [Ba(N03)2]. Бария сульфат [BaS04] .
Бентонит[NaAlSi04] . Борная кислота[Н3ВО3] . Бор [В] . Cab-0-Sil [Si02] . Кальция карбонат [СаС03] . Цезия алюмосульфат [CsAl(S04) 2] • Цезия хлорид [CsCl]. Уголь [С], тонкий порошок. Уголь [С], активированный. Уголь [С], брикетированный. Меди ацетоарсенит (парижская зелень) [(CuO) 3As203Cu(C2H302)г] • Меди карбонат [CuC03 & основной; Си(ОН)2], основной. Меди оксид [СиО], чёрный. Меди оксихлорид [ЗСиО & основной; СиС12 & основной; 4Н20]. Меди сульфат [CuS04] . Декстрин [СбНю05] . Железо [Fe], порошок , 20 mesh. Железо [Fe], порошок, 200 mesh. Железа(II, III) оксид (чёрный оксид железа) [FeO & основной; Fe203] . Железа(III) оксид (красный оксид железа) [Fe203] . Йод [I2] , чешуйки. Свинца тетраоксид (сурик) [РЬ304] . Магний [Mg], 50-100 mesh. Магний [Мд], 200 mesh. Магний [Мд] , 400 mesh. Магний [Мд], 2 micron. ПАМ [Мд/А1] , 200 mesh. Нафталин [Ci4Hi0] . НЦ лак [C6H7N30ii] . Парлон [ (С5Н7С1з)п] • Поливинилхлорид (ПВХ) [(С2Н3С1)П]. Калия карбонат [К2С03] . Калия хлорат [КС103] . Калия хлорид [КС1]. Калия бихромат [К2Сг207] . Калия феррицианид [K3Fe (CN) б] • Калия нитрат [KN03] . Калия перхлорат [КС104] . Калия перманганат [КМп04] . Камедь (смолка). Шеллак, чешуйки. Натрия бензоат [C7H502Na]. Натрия бикарбонат [NaHC03] . Натрия хлорат [NaC103] . Натрия оксалат [Na2C204]. Натрия силикат (жидкое стекло). Натрия салицилат [C7H503Na]. Натрия гексафторалюминат (криолит) [3NaF & основной; A1F3] . Стронция карбонат [БгСОз] . Стронция нитрат [Бг(ЫОз)2]- Стронция сульфат [SrS04] . Сера [S]. Титан [Ti/V/Al], сплав, 10-60 mesh чешуйки. Титан [Ti], 30 mesh, гранулы.
Титана диоксид [Ti02] . Ванадия пентоксид [V2O5]. Древесная мука (опилки). Цинк [Zn] , 200 mesh пудра. Цинка оксид [ZnO]. Белый фосфор (жёлтый фосфор) [Р4] . Красный фосфор [Рп] . Пикриновая к-та [СбН2 (N02) 3ОН] . Бария пероксид [Ва02] . Порошковая сурьма [Sb]. Асфальт Бария фторид [BaF2] . Ламинак (полиэфир). Стронция оксалат [SrC204] . Уголь конопляный. Ферросилиций [Fe/Si]. Гексахлорбензол (ГХБ) [СбНбС1б] . Антрацен [Ci4Hi0] . ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: соединения, которые помечены звездочкой т *т около их формулы, являются опасными в использовании. Пример - пикрат калия, который использовался в свистящих смесях, но постепенно вышел из употребления не только, потому что очень чувствителен, но также и потому что это - сильное взрывчатое вещество. Алюминий, А1. Металлическое горючее. Аммония хлорид, NH4C1. Усиливает цвет(66% содержание хлора) Аммония перхлорат, NH4C104. Окислитель, усиливает цвет (30% содержание хло- ра) . Антрацен, Ci4Hi0 . Дымообразующее горючее . Сурьма, Sb. Металлическое горючее, генератор цвета (белый), усиливает эф- фект блеска. Сурьмы сульфид, Sb2S3. Неорганическое горючее, генератор цвета (белый), усиливает эффект блеска. Мышьяка дисульфид (Реальгар), As2S2. Неорганическое горючее, дымообразующее горючее, генератор цвета (белый). Мышьяка трисульфид (Аурипигмент), AS2S3. Неорганическое горючее, дымообра- зующее горючее, генератор цвета (белый). Асфальт. Органическое дымообразующее горючее. Аурамин, смотри Аурамин D . Аурамин D, Ci7H2iN3&ochobhou; HC1 & основной; Н20. Цветной дымообразователь (зелёный). Бария карбонат, ВаС03. Генератор цвета (зелёный), нейтрализатор кислот. * Бария хлорат, Ва(С10з)2- Окислитель, генератор цвета (зелёный). Бария хлорид, ВаС12. Генератор цвета (зелёный), усиливает цвет (22% содер- жание хлора). Бария хромат, ВаСг04. Окислитель, генератор цвета (зелёный). Бария фторид, BaF2. Генератор цвета (зелёный), усиливает цвет (донор гало- гена) . Бария нитрат, Ba(N03)2. Окислитель, генератор цвета (зелёный). Бария оксалат, ВаС204 & основной; Н20. Генератор цвета (зелёный). * Бария пероксид, Ва02. Окислитель, генератор цвета (зелёный). Бария сульфат, BaS04. Окислитель, генератор цвета (зелёный). Основной карбонат меди, смотри Меди(II) карбонат.
Висмута триоксид, Bi203. Окислитель для микрозвёзд (с эффектом треска) . Чёрный оксид меди, смотри Меди(II) оксид. Чёрный порох, KNO3/C/S. Взрывчатое в-во для подъёма в воздух зарядов, раз- рыва зарядов, компонент некоторых составов для звёзд. Бура, Na2B407. Модификатор скорости горения, неорганическое горючее. Борная к-та, Н3ВОз. нейтрализатор кислот. Кальция карбонат, СаС03. Генератор цвета (оранжевый), адгезив. Кальция силицид, CaSi2. Неорганическое горючее, ускоряет воспламенение (производитель шлака), источник искр (жёлто-белые). Кальция сульфат, CaS04. Окислитель, генератор цвета (оранжевый). Уголь, С. Органическое горючее, источник искр (оранжевый) Коричная кислота, С9Н802 & основной; Na. Органическое дымообразующее горю- чее. КМЦ, [Натрия карбоксиметилцеллюлоза]. Загуститель, связующее (водораствори- мое) . Каменноугольный креозот. Органическое дымообразующее горючее. Канифоль. Органическое горючее. Меди(II) ацетоарсенит, (CuO) 3As203Cu(C2H302)2 • Генератор цвета (голубой) . Меди(II) карбонат, CuC03 & основной; Си(ОН)2. Генератор цвета (голубой). Меди(1) хлорид, CuCl. Генератор цвета (голубой), усиливает цвет (36% содер- жание хлора). Меди(II) оксид, CuO. Генератор цвета (голубой). Медь(II) оксихлорид, [переменнный состав (не обязательно): ЗСиО & основной; СиС12 & основной; ЗН20, Си2(ОН)2С1, СиС12 & основной; 3Cu(OH)3, ЗСиО & основной CuCl2 & основной; 4Н20] . Генератор цвета (голубой) , усиливает цвет (18% содер- жание хлора). Криолит, смотри Натрия алюминийфторид. Декстрин, СбНю05. Связующее (водо-растворимое). Диатомит, SJ.O2K2O, A1203, Fe203, CaO. Абсорбент, модификатор скорости горе- ния. Диоктиладипинат, (СН2СН2СООСН2СН (С2Н5) С4Н9) 2 . Пластификатор . Ферроалюминий, Fe/Al 33:65. Источник искр (жёлтый), усиливает эффект бле- ска. Ферросилиций, Fe/Si (88-93% кремния), производитель шлака. Ферротитан, Fe/Ti 60:40. Источник искр (белый-жёлтый). Галловая кислота, С7Н605 & основной; Н20. Органическое горючее для свистящих составов. Гильсонит, [асфальт]. Органическое горючее. Графит, С. Горючее, придающее непрозрачность, гранулирующий агент для чёр- ного пороха. Аравийская камедь. Связующее (водо-растворимое). Гексахлорбензол, СбС1б. Усиливает цвет (75% содержание хлора). Гексахлорэтан, СгСЛ-б. Органическое дымообразующее горючее, усиливает цвет (90% содержание хлора). Уротропин, (СН2) 6N4 . Органическое горючее. Железо, Fe. Источник искр (оранжевый). Железа(III) оксид, Fe203. Окислитель для термитных составов. Каолин, H2A12S±208 & основной; Н20. Неорганическое дымообразующее горючее. Кизельгур, смотри Диатомит. Лактоза, Ci2H220n & основной; 2Н20. Органическое горючее. Сажа, С. Органическое горючее, источник искр (оранжевый), горючее для ра- кетных составов. ПАМ, Мд/А1 50:50. Металлическое горючее. Магний, Мд. Металлическое горючее.
Пороховая мякоть, KN03/C/S. Чёрный порох в виде пыли. Хлористый метилен, CH2CI2. Растворитель для ПВХ. Парафин. Органическое дымообразующее горючее. Нафталин, СюН8 . Органическое горючее. НЦ лак, C6H7N30n [раствор НЦ в ацетоне] . Связующее, водонепроницаемое по- крытие для огнепроводных шнуров. Парижская зелень, смотри Меди ацетоарсенит. Парлон, (С5Н7С1з)п- Связующее (растворяется в ацетоне), усиливает цвет (68% содержание хлора). Фосфор, Р. Неорганическое горючее. ПВХ, (С2Н3С1)П. Связующее (растворитель - хлористый метилен), усиливает цвет (57% содержание хлора). Калия бензоат, СбН5СООК. Органическое горючее для свистящих составов. Калия хлорат, КСЮз . Окислитель . Калия хромат, К2Сг04 . Окислитель. Калия дихромат, К2Сг207. Окислитель, защищает магний от коррозии, катализа- тор разложения перхлората калия. Калия нитрат, KN03 . Окислитель. Калия перхлорат, КС104 . Окислитель. * Калия пикрат, СбН2 (N02) 30К. Органическое горючее для свистящих составов. Калия сульфат, K2S04 . Окислитель. Реальгар, смотри Мышьяка дисульфид. Камедь (смолка). Органическое горючее, связующее (спирт - растворитель). Красный фосфор, смотри Фосфор. Родамин В, C28H3oN203. Цветной дымообразователь (красный). Песок, Si02 . Модификатор скорости горения. Опилки. Органическое дымообразующее горючее. ПВХ, (С2Н2С12)п. Связующее (ацетон, ксилол - растворитель), усиливает цвет (73% содержание хлора). Шеллак. Органическое горючее. Кремний, Si, ускоряет воспламенение (производитель шлака). Натрия алюмофторид, 3NaF & основной; A1F3. Генератор цвета (жёлтый). Натрия бензоат, C6H5COONa. Органическое горючее. Натрия бикарбонат, NaHC03. Усиливает эффект блеска, нейтрализатор кислот, генератор цвета (жёлтый). Натрия алюмосиликат, Na3S2 & основной; 3NaAlSi04. Генератор цвета (жёлтый) . Натрия нитрат, ЫаЫОз. Окислитель, генератор цвета (жёлтый). Натрия оксалат, Na2C204. Генератор цвета (жёлтый), усиливает эффект блеска. Натрия салицилат, HOC6H4COONa Органическое горючее для свистящих составов. Натрия сульфат, Na2S04. Окислитель, генератор цвета (жёлтый). Стронция карбонат, SrC03, нейтрализатор кислот, генератор цвета (красный). Стронция хромат, SrCr04. Окислитель, катализатор ракетных топлив, генератор цвета (красный). Стронция нитрат, Бг(ЫОз)2- Окислитель, генератор цвета (красный). Стронция оксалат, SrC204 & основной; Н20. Генератор цвета (красный). Стронция сульфат, SrS04. Окислитель, генератор цвета (красный). Сера, S. Неорганическое горючее, окислитель. Тиокол, HS- [C2H4OCH2OC2H4SS] n-C2H4OCH2OC2SH . Полисульфидный эластичный каучук используемый в смесевых ракетных топливах. Титан, Ti. Источник искр (белый). Железная окалина, Fe304 [FeO & основной; Fe203] . Окислитель для термитных составов, катализатор в свистящих составах. Свинцовый сурик, РЬз04 . Окислитель. Ванадия пентоксид, V205, катализатор разложения нитрата калия.
Пшеничная мука. Органическое дымообразующее горючее. Древесная мука (опилки). Органическое горючее, клеевой наполнитель. Ксилол, С8Ню. Растворитель (парлон, ПВХ). Цинк, Zn. Металлическое горючее, источник искр (голубой). Цинка оксид, ZnO. Неорганическое дымообразующее вещество. ПИРОТЕХНИЧЕСКИЕ СОСТАВЫ И КОМПОЗИЦИИ ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Большинство следующих составов были расчитаны в процен- тах. Некоторые, однако, являются рассчитанными в весовых частях. Если сумма в столбце не 100 процентов, то этот состав приведён в весовых частях. Если Вы видите химическую формулу, с которой вы не знакомы, посмотрите в разделе Химические Формулы. Звёзды Красные звёзды с органическими горючими Калия хлорат Калия перхлорат Стронция нитрат Камедь Стронция карбонат Уголь Сажа ПВХ Гексахлор- бензол Декстрин Формовка Раствори- тель Shimizu 66 13 12 2 2 5 резка, прокатка 25% спирт Bleser 70 10 15 1 4 резка, прокат- ка 35% спирт Bleser 38 38 6 12 2 4 резка, прокат- ка 35% спирт McLain Keystone 69 12 8 6 5 резка, прокатка 25% спирт Lancaster 70 10 15 1 4 набивка 25% спирт Lancaster 70 9 15 2 4 резка 25% спирт Lancaster 64 13 19 4 набивка в форму 25% спирт Красные звёзды с металлическими горючими Калия перхлорат Стронция нитрат Стронция карбонат Магний ПАМ -200 mesh ПВХ Камедь Алюминий"сввтлый" Алюминий легкий 80/30 Lancaster 70 12 6 6 6 Lancaster 55 28 17 Lancaster 9 42 30 12 Veline 55 15 6 9
Ламинак (полиэфир) Парлон Декстрин Формовка набивка в форму прессова- ние 7 прессова- ние 15 + 4 резка, прокатка Голубые звёзды с органическими горючими I Калия перхло- рат Калия хлорат Аммония перхло- рат Бария хлорат Канифоль Париж- ская зе- лень Основной карбонат меди Чёрный оксид меди Меди оксихло- рид Шеллак, 60 mesh Лактоза Уротро- пин Парлон ПВХ Гекса- хлорбен- зол Камедь Декстрин Формовка Раство- ритель Lan- caster 68 6 22 4 набив- ка Lan- caster 70 20 10 набив- ка в форму Lan- caster 39 29 14 14 4 набив- ка в форму Shi- mizu 60.8 12.3 13.1 9 4.8 Резка, про- катка Shi- mi zu 66.5 13.4 5.4 9.9 4.8 резка, про- катка Conk- ling 65 14 9 7 5 резка, про- катка Conk- ling 65 14 10 6 5 резка, про- катка Bleser 12 53 8 8 5 10 4 резка, про- катка 40% спирт Bleser 65 12 13 5 5 резка, про- катка 50% спирт Bleser 68 11 17 4 резка, про- катка 50% спирт Голубые звёзды с органическими горючими II Калия Jennings Jennings Pihko Pihko 63 Pihko 65 Pihko
перхлорат Калия хлорат Аммония перхлорат Уротропин Сера Чёрный оксид меди Меди(1) Хлорид Стронция карбонат Парлон ПВХ Камедь Шеллак Декстрин Формовка Раствори- тель 70 15 10 5 резка, на- бивка , прокатка 25% спирт 65 20 5 10 резка, на- бивка , прокатка Спирт 60 17 20 6 резка, на- бивка , прокатка 33% спирт 13 14 10 резка, на- бивка , прокатка 33% спирт 10 16 11 7 резка, на- бивка , прокатка 33% спирт 60 10 20 12 10 резка, на- бивка , прокатка 25% спирт Голубые звёзды с металлическими горючими Калия перхлорат Камедь ПАМ, -200 mesh Чёрный оксид меди Парлон Декстрин Формовка Veline 53 9 6 14 14 4 резка, прокатка Жёлтые звёзды с органическими горючими Калия перхлорат Калия хлорат Криолит Натрия бикарбонат Камедь Уголь Натрия оксалат Натрия нитрат Декстрин Шеллак, 60 mesh Формовка Растворитель Lancaster 70 15 10 1 4 набивка 33% спирт Lancaster 70 6 14 4 6 резка 33% спирт Lancaster 60 26 14 набивка в форму- спирт Shimizu 68 18 2 7 5 резка, прокатка 25% спирт Perigrin 70 12 3 10 5 резка, прокатка 25% спирт Pihko 60 20 20 резка, набивка, прокатка 33% спирт
Жёлтые звёзды с металлическими горючими Калия перхлорат Бария нитрат Натрия нитрат Камедь Натрия алюмосиликат Криолит Магний Алюминий, темный пиротехнический Парлон ПВХ ПАМ, 100 mesh Борная к-та Декстрин Сера Формовка Растворитель Lancaster 68 5 10 11 1 5 Набивка в форму- Спирт Lancaster 55.5 17 27.5 прессование 10 tons compression H.W.W. 30 4 19.5 12 30 0.5 4 резка, прокатка 50% спирт Зелёные звёзды с органическими горючими Бария хлорат Бария нитрат Калия перхлорат Калия хлорат Бария карбонат Камедь Уголь Парлон Декстрин Формовка Lancaster 53 28 10 5 4 набивка Lancaster 72 4 12 8 4 резка Lancaster 48 11 17 4 17 3 набивка в форму Shimizu 28 48 14 5 5 резка, прокатка Зелёные звёзды с металлическими горючими Бария хлорат Бария нитрат Бария карбонат Калия хлорат Калия перхлорат Камедь Уголь Алюминий, светлый ПАМ, -200 mesh ПАМ, 100 mesh Декстрин Парлон Борная к-та Формовка Lancaster 25 25 4 13 7 2 19 5 набивка в форму Veline 23 14 29 5 11 4 14 резка, прокатка H.W.W. 19.5 30 4 30 4 12 0.5 резка, прокатка
Белые звёзды с сульфидом сурьмы Калия нитрат БЬгЗз Сера Декстрин Уголь, активированный Пороховая мякоть Титан, 50 mesh Формовка Davis 62 17 17 4 резка, прокатка Best AFN 3 64 14 18 3 резка, прокатка Best AFN 3 30 15 5 +5 15 30 5 резка, прокатка Белые звёзды с металлическими горючими Калия нитрат Калия перхлорат Бария нитрат Стронция нитрат Сульфид сурьмы III Сурьма порошковая Реальгар Сера Пороховая мякоть Алюминий, темный пиротехнический Цинковая пыль Бария фторид Уголь Шеллак Декстрин Формовка Растворитель Lancaster 51 10 18 15 3 3 набивка 25% спирт Lancaster 55 10 8 21 6 прессова- ние Lancaster 50 10 8 7 25 Прессова- ние Clark 50 8 37 5 резка, набив- ка, про- катка 25% спирт Davis 67 12 19 2 резка, набив- ка, про- катка 25% спирт Davis 63 3 14 17 1 2 резка, набив- ка, про- катка 25% спирт Davis 47 7 26 13 7 резка, набив- ка, про- катка 25% спирт Оранжевые звёзды с органическими горючими Калия перхлорат Камедь Кальция карбонат Уголь ПВХ Декстрин Натрия оксалат Формовка Perigrin 68 12 11 2 2 5 резка, прокатка Perigrin 68 13 9 2 5 3 Резка, прокатка Perigrin 68 13 7 2 5 5 резка, прокатка Оранжевые звёзды с металлическими горючими Аммония перхлорат Калия перхлорат Veline 53 Jennings 20 20
Камедь ПАМ, -200 mesh Титан, чешуйки, 20 50 mesh Кальция карбонат Парлон Декстрин Формовка 9 6 14 14 4 резка, прокатка 5 15 15 15 10 резка, набивка, прокатка Фиолетовые звёзды с органическими горючими Калия перхлорат Камедь Меди карбонат основной Чёрный оксид меди Стронция карбонат Парлон ПВХ Декстрин Формовка Shimizu 61.3 9.1 5 7.4 12.4 4.8 резка, прокатка Shimizu 64 9.5 5.2 7.8 8.7 4.8 резка, прокатка Bleser 68 6 9 11 5 резка, прокатка Фиолетовые звёзды с металли- ческими горючими Аммония перхлорат Уротропин Стронция карбонат Меди бензоат ПАМ Калия дихромат Борная к-та Декстрин Растворитель Bleser 68 7 12 8 5 +5 +1 +4 25% спирт Магниевые звёзды Name Бария нитрат Стронция нитрат Калия нитрат Калия перхлорат Магний, 100-200 mesh Парлон ПВХ Криолит Уголь Формовка Растворитель Bleser Красный Магний 55 28 10 7 прокатка ацетон Bleser Зелёный Магний 55 18 12 15 прокатка ацетон Bleser Жёлтый Магний 45 30 10 13 2 прокатка ацетон Bleser Белый Магний 53 12 28 7 прокатка ацетон Weingart 71 29 жидкое масло Металлсодержащие, оставляющие хвост звёзды (огненная пыль) I Name Shimizu Silver Shimizu Silver Shimizu Golden Shimizu Golden Shimizu Golden Shimizu Golden
Калия перхлорат Калия нитрат Сульфид сурьмы III Реальгар Сера Уголь, акти- вированный Алюминий, чешуйки Борная к-та Декстрин Формовка Растворитель wave No.1 50 50 +5 набивка, резка, прокатка 35% спирт wave No.2 35 65 +5 набивка, резка, прокатка 35% спирт wave No.1 37 9 47 1 6 набивка, резка, прокатка 35% спирт wave No.2 37 9 47 1 6 набивка, резка, прокатка 35% спирт wave No.3 37 9 47 1 6 набивка, резка, прокатка 35% спирт chrysanthemum 40 10 10 2 30 1 7 набивка, рез- ка, прокатка 35% спирт Металлсодержащие, оставляющие хвост звёзды (огненная пыль) II Калия нитрат Хлорат калия Калия перхлорат Бария нитрат Уголь, активированный Алюминий, светлый Алюминий, темный пиротехнический Алюминий, 120 mesh СПЧ Алюминий, 30/80 легкий Титан, 60 mesh Сера Пороховая мякоть Борная к-та Декстрин Шеллак Формовка Растворитель Lancaster 56 19 19 6 набивка 25% спирт Lancaster 45 30 10 10 5 +5 Набивка 25% спирт Lancaster 13 55 21 4 1 6 набивка в форму вода Lancaster 64 14 14 8 набивка в форму 10% р-р шеллака Lancaster 64 24 4 8 набивка в форму 10% р-р шеллака Blankley 66 13 8 8 5 резка 25% спирт Уголь содержащие, оставляющие хвост звёзды (огненная пыль) Name Калия нитрат Сера Shimizu Chrysan- themum 6 55 7 Shimizu Chrysan- themum 8 49 6 Shimizu Chrysan- themum of Mystery 45 Shimizu Falls 41 4 Shimizu Willow 35 12 Shimizu Tiger Tail 44 6
Сосновый уголь Алюминий Декстрин Формовка Растворитель 33 5 резка 25% спирт 40 5 Резка 25% спирт 50 5 Резка 25% спирт 49 6 Резка 25% спирт 45 8 резка 25% спирт 44 6 резка 25% спирт Чёрный порох/Металлсодержащие, оставляющие хвост звёзды (огненная пыль) Name Калия нитрат Калия перхлорат Бария нитрат Сера Уголь, активированный Сульфид сурьмы III Алюминий, 12 микрон Алюминий, темный пиротехнический ПАМ, -200 mesh Натрия бикарбонат Красный оксид железа Бария карбонат Декстрин Формовка Растворитель Ogles by Better Pearl 47 10 18 10 10 5 резка 33% спирт Ogles by Im- proved Snow- ball 35 16 9 9 13 10 8 резка 33% спирт Wino- kur #13 50 17 9 10 6 3 9 4 резка 33% спирт Wino- kur #20 48 10 12 5 4 4 резка 33% спирт Wino- kur #33 43 13 10 10 13 7 4 резка 33% спирт Wino- kur #39 51 19 12 8 5 5 резка 33% спирт Bleser Golden Легкий #13 36 8 19 30 6 резка 25% спирт Bleser Silver Легкий #14 33 61 6 резка 25% спирт Davis Snow- ball 40 19 10 10 10 6 5 резка 25% спирт Составы комет Name Калия нитрат Чёрный порох Сера Уголь, 150 mesh Уголь, смесь Декстрин Красный оксид железа Ферротитан, 100 mesh Алюминий, сферы, 325 mesh ПАМ, 100-200 mesh Формовка Bleser Blond Streamer 45 6 29 5 15 набивка (comet pump) Williams No-Antimony Белый Glitter 55 7 17 4 4 10 3 Набивка (comet pump) Lancaster 55 15 25 5 Набивка (comet pump) Lancaster 2 1 набивка (comet pump)
Растворитель 25% спирт 25% спирт Потрескивающие микрозвёзды Свинца тетраоксид Висмута триоксид ПАМ, -200 mesh Чёрный оксид меди Алюминий, 200 mesh СПЧ Формовка Растворитель Best AFN 3 75 15 10 +5 Резка 10% НЦ лак Best AFN 3 70 17.5 12.5 +5 резка 10% НЦ лак Best AFN 3 81.8 9.1 9.1 10% НЦ лак Цветовая система Велина Калия перхлорат Камедь ПАМ, -200 mesh Стронция карбонат Кальция карбонат Чёрный оксид меди Бария нитрат Бария карбонат Парлон Декстрин Формовка Растворитель Красный 53 9 6 14 14 4 резка, набив- ка, прокатка Спирт Оранжевый 53 9 6 14 14 4 резка, набив- ка, прокатка Спирт Голубой 53 9 6 14 14 4 резка, набив- ка , прокатка спирт Зелёный 29 5 11 23 14 14 4 резка, набив- ка, прокатка спирт Объединение выше упомянутых формул в различных пропорциях даст различные экзотические цвета Красныя формула Оранжевая формула Голубая формула Зелёная формула Жёлтый 45 55 Chartreuse 20 80 Aqua 20 80 Turquoise 45 55 Magenta 50 50 Maroon 85 15 Peach 25 60 15 Purple 15 5 80 ОПАСНОСТЬ: Магний и перхлорат аммония могут самопроизвольно вступать в эк- зотермическую реакцию, сопровождающуюся самовоспламенением смеси. Магний дол- жен быть защищен покрытием из бихромата калия, если он используется с аммония перхлоратом. Добавление бихромата калия к составу не гарантирует прекращение реакции. ОПАСНОСТЬ: Сульфат меди не может использоваться вместе с перхлоратом аммо- ния в составах синих огней. Сульфат меди легко поглощает влагу из атмосферы. В присутствии воды магний и перхлорат аммония реагируют с выделением теплоты, что приводит к воспламенению состава. Мерцающие звёзды I Bleser Bleser Shimizu Shimizu Shimizu Shimizu Shimizu
name Бария нитрат Калия нитрат Аммония перхлорат ПАМ, 100 mesh Магний, СПЧ, 100 mesh Сера Гексахлорбензол Стронция сульфат Натрия сульфат Бария сульфат Кальция сульфат Калия дихромат Декстрин Частота(Гц) Формовка Растворитель Зелёная вспышка 53 12 17 13 5 Неизв. резка, набив- ка, прокат- ка 25% спирт Белая вспышка 51 7 18 19 5 Неизв. резка, набив- ка, прокат- ка 25% спирт Красная вспышка 50 30 20 +5 3.5 резка, набивка, прокатка 10% НЦ лак Оранже- вая вспышка 60 30 10 +5 6.9 резка, набивка, прокатка 10% НЦ лак Жёлтая вспышка 50 40 10 +5 3.5 резка, набивка, прокатка 10% НЦ лак Зелёная вспышка 60 23 17 +5 3.1 резка, набивка, прокатка 10% НЦ лак Белая вспышка 60 25 15 +5 9.7 резка, набивка, прокатка 10% НЦ лак Мерцающие звёзды II name Калия нитрат Бария нитрат ПАМ, 80 mesh Магний, 60 mesh Алюминий, мелкие чешуйки Гексахлорбензол Сера Сульфид сурьмы III Натрия оксалат Формовка Растворитель Hall 26 17 6 51 резка, набив- ка, прокатка 10% НЦ лак Hall 27 18 55 резка, набив- ка, прокатка 10% НЦ лак Kinsei Зелёная вспышка 40 18 5 30 7 резка, набив- ка , прокатка 10% НЦ лак Kinsei Жёлтая вспыш- ка 7 33 12 11 27 5 5 резка, набив- ка, прокатка 10% НЦ лак Золотые звёзды Калия перхлорат Хлорат калия Калия нитрат Пороховая мякоть Сульфид сурьмы III Сажа Уголь, 150 mesh Lancaster 54 6 13 20 Lancaster 66 8 23 Lancaster 13.5 13.5 15 49
Камедь Декстрин Шеллак, 120 mesh Формовка Растворитель 7 набивка 33% спирт 3 набивка спирт 6 3 набивка 33% спирт Цинксодержащие размазанные и гранитные звёзды Name Хлорат калия Калия нитрат Сера Уголь, 150 mesh Уголь, 36 mesh Цинковая пыль Калия дихромат Декстрин Формовка Растворитель Weingart Цинксодержащие размазаные звёзды 7.5 6 36 6 1 набивка 25% спирт Weingart Гранитные звёзды 14 2.5 7 40 1 резка 25% спирт Воспламенительные составы для звёзд Name Калия перхлорат Калия нитрат Камедь Уголь г акти- вированный Сера Древесная мука, 70 mesh ПАМ, 200 mesh Чёрный оксид меди Красный оксид железа Чёрный оксид железа Алюминий, тёмный Чёрный порох, мелкий Бария нитрат Сульфид сурь- мы III Кремний Борная к-та Калия Perigrin ВР outer prime 5 93 Perigrin ПАМ inner prime 73 12 5 1 1 4 Perigrin Легкий prime 33 8 10 34 9 1 Perigrin Перхло- рат prime 73 11 7 5 Veline Veline star prime 55 20 6 5 5 5 Best AFN 3 Microstar prime 57.2 11.4 11.4 5.7 11.4 Shimizu Multi- use prime 74 12 6 3 5
дихромат Декстрин Растворитель 2 50% спирт 4 50% спирт 5 33% спирт 5 33% спирт 4 33% спирт 2.9 50% спирт 50% спирт Чёрный порох ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Черный порох(ЧП) - это один из пиротехнических составов, содержание компонентов которого меняется в зависимости от области применения ЧП. Наиболее важный компонент черного пороха - древесный уголь. Важно исполь- зовать очень активный древесный уголь типа ивового или виноградного, который содержит много кислорода и водорода, чтобы увеличить скорость горения ЧП. Простое смешивание трех компонентов вместе не даёт хороших результатов. Хо- рошие результаты получаются, если древесный уголь перемешивать с нитратом ка- лия в шаровой мельнице в течение нескольких часов, или методом осаждения, где древесный уголь добавлен к нитрату калия, растворенному в горячей воде. Следующая таблица дает ряд составов ЧП. Если для состава требуется специфи- ческий тип древесного угля, это будет отмечено в скобках около процента дре- весного угля. Имейте в виду, что, если древесный уголь не очень активный, ЧП будет просто слабым и гореть медленно. Примеры неактивных древесных углей - активизированный древесный уголь, и брикеты для барбекью, которые обычно со- держат глину. ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: термин "общий" применяется здесь относительно любого со- става чёрного пороха, который не был разработан для специфической цели. Общие составы чёрного пороха I Name Калия нитрат Уголь Сера Канифоль Watson Standard ВР 75 15 10 Graecus composi- tion as of 8 cen- tury 66.66 22.22 11.11 Graecus composi- tion as of 8 cen- tury 69.22 23.07 7.69 Graecus Ignis Volatilis 50 25 25 Bacon composi- tion as of 1249 41 29.5 29.5 Bacon composi- tion as of 1252 37.5 31.25 31.25 Urbanski composi- tion as of 1300 67 16.5 16.5 Общие составы чёрного пороха II Калия нитрат Уголь Сера Arderne laboratory rec- ipe, composi- tion as of 1350 66.6 22.2 11.1 Белый home composi- tion as of 1560 50.0 33.3 16.6 Bruxelles Studies composition as of 1560 75.0 15.62 9.38 British Government powder made under con- tract, composition as of 1635 75.0 12.5 12.5 ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: следующий состав оптимизирован для выстреливания воздуш- ных зарядов из фейерверочных минометов. Метательный порох Pyrotechnics Guild International PGI optimum
Калия нитрат Уголь Сера 74 14 12 ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Эти составы предназначены для стрельбы из мелкокалибер- ного оружия. Они могут также использоваться для выстреливания воздушных заря- дов из фейерверочных мортир, однако необходимо предварительное тестирование пригодности состава. ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Порох с кокосовым углем (или порошком какао) более чувст- вителен к трению, чем обычный черный порох. Несчастные случаи происходили при перемешивании состава в холщевом мешке. Оружейный порох Name Калия нитрат Уголь Сера Davis English Cocoa powder I 79 18 (из ржа- ной соломы) 3 Davis English Cocoa Powder II 77.4 17.6 (из ржаной со- ломы) 5 Davis German Cocoa Powder I 78 19 (из ржа- ной соломы) 3 Davis German Cocoa Powder II 80 20 (из ржа- ной соломы) Davis French Cocoa Powder 78 19 (из ржа- ной соломы) 3 Noble and Abel Cocoa powder 80 18 (из ржа- ной соломы) 2 ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: следующие составы использовались во Франции для военных целей. Специфические соотношения компонентов перечислены в таблице. Дата, ко- гда эти составы были приняты на вооружение, неизвестна. Составы армейского пороха name Калия нитрат Уголь Сера Размер гранул Urbanski Cannon 75 12.5 12.5 7 - 21 mm Urbanski Sporting 78 12 10 0.1 - 1 mm Urbanski Normal (ri- fle powder) 75 15 10 переменный Urbanski Cannon modi- fied 78 19 3 гексагональ- ный "орех" Urbanski Delay fuse powder 75 13-15 10-12 0.3 - 0.6 mm Специальный порох для взрывов I Name Калия нитрат Натрия нитрат Уголь Urban- ski Strong blast- ing 75 15 Urban- ski Slow blast- ing 40 30 Urban- ski No.l blast- ing powder 73-77 10-15 Urban- ski No.l Bo- bflnnit e 62-65 17- 19.5 Urban- ski No. 2 Bo- bflnnit e 63-66 18.5- 20.5 Urban- ski No.l чёрный blast- ing powder 70-75 10-16 Urban- ski Ameri- can blast- ing powder 70-74 15-17 Urbanski No.3 чёрный blasting pow- der (Petro- clastite or Haloclastite) 71-76 15-19 из ка- менноуголь- Urbanski No. 2 чёрный blasting powder 70-75 10-16 из лигни-
Сера Парафин Крахмал Аммония сульфат и меди суль- фат 10 30 8-15 1.5- 2.5 2.5- 3.5 13-17 1.5- 2.5 7-9 9-15 11-13 ного пёка 9-11 на(угля) 9-15 Специальный порох для взрывов II Калия нитрат Уголь Сера Davis French Forte 72 15 13 Davis French Lente 40 30 30 Davis French Ordinaire 62 18 20 ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Эти составы вообще использовались как ракетные топлива, но они уступили место бездымными смесями на основе НЦ. Пороха на основе солей аммония Name Аммония нитрат Калия нитрат Уголь Аммония пикрат Калия пикрат Аммония дихромат Gaens Amide powder 35-38 40-45 14-22 Ammonpulver 85 15 Brugere Brugere powder 57 43 Starke Gold Пыль Powder 55 25 20 Бессерный порох Name Калия нитрат Уголь Lancaster Cepaless powder 70.5 29.5 Noble Cepaless powder 80 20 Noble Cepaless powder (stoichiometric) 87.1 12.9 Thomas Cepaless powder SFG.12 70 30 Ракетные топлива Ракетные топлива на основе чёрного пороха Name Чёрный порох Натрия нитрат Калия нитрат Сера Уголь, 150 mesh Shimizu 0-12 59-64 8-13 20-31 Lan- caster 61 5 20 Urbanski German rockets 60 15 25 Urbanski American rockets 59 10 31 Visser 69 4 27 Visser 72 4 24 Estes Формовка-С model rocket engine 71.79 13.45 13.81
Уголь, 40 mesh Декстрин 14 0.95 Нитрат/сахар-содержащие ракетные топлива Калия нитрат Сахароза Сера Candy propellant 74.5 25.5 Teleflite propellant: 63 27 10 Смесевые ракетные топлива на основе перхлората аммония Name Аммония перхлорат Смола1 Полибутадиен Отвердитель для эпоксидной смолы Алюминий (пудра) Красный оксид железа Меди хромат Visser 80 20 +1 NASA Shuttle booster rocket propellant 69.9 12.04 1.96 16 0.07 - Эпоксидная смола Epon 815 & отвердитель U Смесевые ракетные топлива на основе нитрата аммония Name Аммония нитрат Натрия нитрат Аммония дихромат Аммония Хлорид Полиуретан Genpol A-20 полиэфирная смола Метилакрилат Стирол Метилэтилкетон Октанат кобальта (1% от стирола) Лецитин (10% от стирола) Urbanski Oxidizing mix 72 16 8 4 Urbanski AMT-2011 72.79 1.99 9.79 12.22 2.22 0.49 0.25 0.25 Visser 85-90 10-15 Смесевые ракетные топлива на основе перхлората калия name Калия перхлорат Асфальт или битум Полиметилметакрилат Zaehringer Galcit Alt 161 75 25 Altermann and Katchalsky Aeroplex К I 80 20 Altermann and Katchalsky Aeroplex К II 77.5 22.5 Altermann and Katchalsky Aeroplex К III 75 25 Altermann and Katchalsky Aeroplex К IV 70 30 ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Согласно Тиокол Cehmical Корпорация, жидкость тиокол по- лучена как продукта реакции этиленхлоргидрина с дихлордиэтилформалином (dichlorodiethylformal), который затем обрабатывается полисульфидом натрия, чтобы получить готовый продукт. См. раздел Химические Формулы. Пропорция тиокол/перхлорат - обычно 20-40 % тиокол к 60-80 % перхлорат. Имеются шесть типов жидкого полимера (LP): LP-2, LP-3, LP-31, LP-32, LP-33, и
LP-8. Согласно Urbanski, различие в полимерах состоит в степени полимериза- ции. При полимеризации тиокол смешивают со специальным составным составом С в течение 24 часов в 80 F, затем прессуют и выдерживают 10 минут в 287-310 F. Соотношение LP к С - 100 частей LP к 10-15 частям С. Таблица для жидких полимеров приведена в весовых частях. Таблица для соста- ва С приведена в процентах. Тиокольные ракетные топлива Name Тиокол LP Свинца пероксид Сера Уголь чёрный Стеариновая кислота Дибутилфталат Сажа (или сульфид цинка или литопон(ZnS+BaS)) Тиокол Chemical Corp. LP-31 100 0.15 1 30-50 Тиокол Chemical Corp. LP-2 100 30 1 Тиокол Chemical Corp. LP-32 100 0.1 30 1 Тиокол Chemical Corp. Composition С 50 5 45 ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Состав свистящих ракет должен быть должен быть запрессо- ван очень твердо, чтобы произвести свистящий эффект. Катализатором может быть любая металлическая окись, хотя обычно используют титан диоксид, оксихлорид меди, и красная железная окись. ОПАСНОСТЬ: Свистящие составы никогда не набивают. Они должны быть запрессо- ваны , или может произойти взрыв. Свистящие ракетные топлива Калия перхлорат Натрия бензоат Натрия салицилат Катализатор Вазелин Vhryens 64 32 1 3 Barr 64 32 1 3 Steinberg 73 26 1 +2.5 Steinberg 70 30 +1 +5 Best AFN 3 76 23 1 +3 ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: В пульсирующих ракетах, подобно мерцающим звездам, реак- ция колеблется между вспышкой и тлеющей фазой. В первом составе можно заме- нить сульфат бария другим сульфатами других металлов, чтобы получить различ- ные цвета. ОПАСНОСТЬ: Сульфат меди не может использоваться в первом составе, чтобы произвести синие вспышки. Сульфат меди не может использоваться вместе с пер- хлоратом аммония, потому что сульфат меди легко поглощает влагу из атмосферы. В присутствии воды магний и перхлорат аммония реагируют с выделением теплоты, что приводит к воспламенению состава Пульсирующие ракетные топлива Аммония перхлорат Бария сульфат Чёрный оксид меди Кремний Barr 60 15 Burdick 63 10 22
пвх ПАМ, -200 mesh Магний, 100 mesh, чешуйки Калия дихромат Растворитель 23.5 1.5 +5 10% НЦ лак 5 нет необходимости ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Смесь цинк/сера - не очень эффективное топливо из-за низкого удельного импульса. Кроме того, относительно высокая плотность цинка утяжеляет ракету, уменьшая эффективность топлива. Другие ракетные топлива Цинковый порошок Сера Propellant 67.1 32.9 Фонтаны, снопы и дожди Золотые фонтаны I Калия нитрат Пороховая мякоть Уголь, 150 mesh Уголь, 40-100 mesh Уголь, 28 mesh Сажа Сера Железо, 20 mesh Алюминий, легкий, 10-30 mesh Уплотнение Заглушки Примечания Lancaster 72 16 4 8 набивка глина, пе- режимка для труб от 18 до 75 мм диам. Lancaster 44 9 8 9 30 набивка глина, пе- режимка для труб от 18 до 75 мм диам. Lancaster 66 7 20 7 прессова- ние нет для труб от 12 до 24 мм диам., от 5 до 15 см длиной Lancaster 46 17 17 17 3 прессова- ние картонная прокладка для труб от 12 до 24 мм диам., от 5 до 15 см длиной Lancaster 45 15 9 12 6 8 5 прессова- ние картонная прокладка для труб от 12 до 24 мм диам., от 5 до 15 см длиной Lancaster 40 16 8 8 24 4 набивка глина, пе- режимка для труб от 18 до 75 мм диам. Золотые фонтаны II Name Perigrin Основной meal Perigrin Железо#1 Perigrin Железо#2 Perigrin Железо#3 Perigrin Жёлтый
Калия нитрат Пороховая мякоть Сера Уголь Сульфид сурьмы III Железо, 60 mesh Натрия оксалат Уплотнение Заглушки Примечания 8 2 3 Набивка Глина Можно не ис- пользовать сопло 24 4 4 10 Набивка Глина Можно не ис- пользовать сопло 2 6 1 1 1 Набивка Глина Можно не ис- пользовать сопло 2 1 2 Набивка Глина Можно не ис- пользовать сопло 40 8 6 Набивка Глина Можно не ис- пользовать сопло Серебряные фонтаны Калия нитрат Бария нитрат Пороховая мякоть Сера Уголь, 40-100 mesh Уголь, 150 mesh Уголь, ак- тивирован- ный Железо, 20 mesh Титан, 20- 40 mesh Алюминий, темный пи- ротехниче- ский Алюминий, 80-120 mesh Алюминий, легкий, 10- 30 mesh Уплотнение Заглушки Примечания Lancaster 44 9 9 8 30 набивка глина, пе- режимка Для труб от 18 до Lancaster 7 72 7 7 7 набивка глина Lancaster 5 45 5 15 15 15 прессование глина Используйте проч- ные трубы (очень Lancaster 22 45 11 11 11 набивка, прессо- вание нет Для труб от 12 до 24 мм диам., Blankley 66 8 13 13 прессо- вание глина
75 мм ди- ам. высокая темпера- тура) от 5 до 15 см длиной Английский ЛЛЦветочный горшок" Калия нитрат Пороховая мякоть Сера Мышьяка трисульфид Сажа Уплотнение Заглушки Lancaster 53 7 23 7 10 Пережатие проволокой глина Конусные фонтаны Калия перхлорат Аммония перхлорат Калия нитрат Пороховая мякоть Сера Конопляный уголь Уголь, 40-100 mesh Уголь, 28 mesh Железо, 60 mesh Титан, 20-40 mesh Алюминий, светлый Алюминий, легкий, 30-80 mesh ПАМ, 200 mesh Шеллак, 60 mesh Уплотнение Заглушки Lancaster 60 24 16 Ручное прессова- ние Конусное сужение Lancaster 54 9 13 24 Ручное прессова- ние Конусное сужение Lancaster 52 10 13 5 20 Ручное прессова- ние Конусное сужение Lancaster 63 18 10 9 Ручное прессова- ние Конусное сужение Shimizu 55 9 13 23 Ручное прессова- ние Конусное сужение Shimizu 70 30 Ручное прессова- ние Конусное сужение Центральная часть снопа Калия нитрат Lancaster Lancaster Lancaster 8
Пороховая мякоть Сера Уголь, 150 mesh Железо, 60 mesh Заглушки Уплотнение 84 16 На полдиаметра Трамбовка 73 27 На полдиаметра Трамбовка 64 8 20 На полдиаметра Трамбовка Блестящие снопы Пороховая мякоть Сульфид сурьмы III Натрия оксалат Алюминий, светлый Борная к-та Уплотнение Заглушки Примечания Lancaster 68 14 11 7 +1 прессование нет Можно использовать другие составы "блестящих звёзд" Дожди Пороховая мякоть Уголь 40-100 mesh Алюминий, темный пиротехнический Алюминий, светлый Алюминий, 80-120 mesh Уплотнение Заглушки Примечания Lancaster 75 25 Пережатие проволокой Нет Для труб от 6 до 9 мм диам., от 7 до 12.5 см длиной Lancaster 75 23 1 1 Пережатие проволокой Нет Для труб от 6 до 9 мм диам., от 7 до 12.5 см длиной Lancaster 80 5 5 5 5 Пережатие проволокой Нет Для труб от 6 до 9 мм диам., от 7 до 12.5 см длиной Летающие петарды Калия нитрат Бария нитрат Пороховая мякоть Сера Уголь, 150 mesh Алюминий, темный пиротехнический Алюминий, светлый Алюминий, легкий, 30-80 mesh Уплотнение Заглушки Примечания Lancaster 8 64 4 24 Набивка Пережимка Для труб 8 мм диам. Lancaster 91 6 3 Набивка Пережимка Для труб 8 мм диам. Lancaster 5 60 25 10 прессование Пережимка Для труб 8 мм диам.
Составы разрывных зарядов Перхлорат содержащие разрывные заряды Name Калия перхлорат Сера Уголь Сажа Алюминий, немецкий чёрный Натрия бензоат Калия дихромат Декстрин Shimizu КР 70 12 18 +2 Shimizu No. 5 70 30 +2 Shimizu No. 44 70 30 +5 +2 Shimizu No. 46 70 25 +5 +2 unknown 70 30 unknown Свистящая смесь 70 30 Хлорат содержащие раз- рывные заряды Name Хлорат калия Уголь Декстрин Shimizu НЗ 77 23 +2 Нитрат содержащие раз- рывные заряды Name Калия нитрат Сера Уголь Декстрин Shimizu ЧП 75 10 15 +2 Разрывные заряды Ofca Калия перхлорат Калия нитрат Бария нитрат Сера Сульфид сурьмы III Алюминий, чешуйки, 325 mesh Ofca 23 22 11 11 11 22 ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: не обязательно использовать наполнитель типа рисовой ше- лухи или хлопковых семян для воздушных зарядов, но его использование приводит к более быстрому распространению огня по объёму состава. Наполнитель также увеличивает объём состава, заполняя часть пустого пространства в заряде. Сле- дующие соотношения (коэффициенты) - только предложения; экспериментирование с различными соотношениями разрывного заряда и наполнителя, с наполнителем или без него), является самым лучшим способом решить, что необходимо использо- вать .
Соотношение разрывного заряда и наполнителя Размер оболочки Разрывной заряд Наполнитель Тип разрывного заряда Shimizu 3м и меньше 80 20 Перхлоратсо- держащий Shimizu 4" - 6 м 52 48 Перхлоратсодержащий, хлоратсодержащий Shimizu 8м и более 52 48 Перхлоратсодержащий, нитратсодержащий ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ: Следующие соотношения(коэффициенты) - только предложе- ния; экспериментирование с различными количествами разрывного заряда и мате- риалом оболочки заряда, является самым лучшим способом решить, что необходимо использовать. Количество разрывного заряда для "хризантем" Диаметр оболочки Кол-во заряда Shimizu 3" 40 g Shimizu 4" 56 g Shimizu 5" 70 g Shimizu 6" 140 g Shimizu 8" 395 g Shimizu 10" 950 g Shimizu 12" 1250 g Дымы Цветные дымы Цвет Хлорат калия Калия нитрат Сера Реальгар Пшеничная мука Лактоза Хинолиновый жёлтый Родамин В Пара красный Метиловый голубой Фталевый голубой Индиго Аурамин Уголь Песок Кальция карбонат Бура Смола (пек) Натрия бикарбонат Декстрин Shi- mizu Голу- бой 28 15 17 40 Pihko Голу- бой 33 25 40 2 Shi- mizu Зелё- ный 28 15 17 30 10 Shi- mizu Крас- ный 25 15 24 36 Pihko Крас- ный 24 16 40 4 2 Shi- mizu Фио- лето- вый 26 15 16 21 22 Shi- mizu Жёл- тый 25 16 59 Shi- mizu Жёл- тый 43 10 37 4 6 Pihko Жёл- тый 24 16 43 6 2 Faber Ко- ричн. 47.4 3.9 4 4.9 10.6 29.2
Белые дымы Хлорат калия Калия нитрат Аммония Хлорид Гексахлорэтан Цинковая пыль Цинк оксид Сера Реальгар Нафталин Парафин Кизельгур Уголь Сажа Коричная кислота Лактоза Каолин Декстрин Shidlovsky 20 50 20 10 Becher 40 45 12 3 Lancaster 29 27 29 15 Shimizu 50 28 22 Shimizu 48.5 48.5 3 Shimizu 66 13 5 5 11 Серые дымы Калия нитрат Гексахлорэтан Цинковая пыль Цинк оксид Кальция силицид Канифоль Izzo 10 50 25 10 5 Ellern 45.5 45.5 9 Чёрные дымы Калия перхлорат Хлорат калия Калия нитрат Гексахлорэтан Антрацен Нафталин Магний (порошок) Сера Сульфид сурьмы III Опилки(пыль) Жидкое масло Уголь Камедь Декстрин Lancaster 60 20 20 Lancaster 60 3 26 7 4 Shimizu 56 33 11 Shimizu 44 26 24 6 Shimizu 62 23 15 Shimizu 62 23 15 Shimizu 57 40 3 +7 Другие составы Искрящие составы Калия нитрат Visser Visser 64 Visser Visser Visser Visser Visser 44
Калия перхлорат Бария хлорат Стронция нитрат Сера Уголь, активированный Титан мелкие чешуйки Алюминий, мелкие чешуйки Железо(порошок) Шеллак Декстрин 40 40 20 14 14 10 +5 60 30 10 37 56 7 86 14 50 35 15 12 25 19 +5 ПРЕДОСТЕРЕЖЕНИЕ: Красный термит очень чувствителен к трению и пламени. Не смотря на то, что это - не высокоэнергетический состав, он может причинить серьезные ожоги. ОПАСНОСТЬ: Термитные смеси могут гореть с превышением температуры в 3000 С. Если вода входит в контакт с горящим термитом, происходит паровой взрыв. Го- рящий термит излучает огромное количество ультрафиолетовых лучей, которые мо- гут вызывать серьезное повреждение глаз наблюдателя. Составы термитов Name Бария нитрат Свинца тетроксид Кальция сульфат Бария сульфат Красный оксид железа Чёрный оксид железа Сера Кремний Ферроси- лиций Алюминий Касторо- вое масло Shimizu Красный thermit I 80 20 Shimizu Красный thermit II 70 30 Unknown Thermite 75 25 Haarmann Therm-8 15 61 0.9 22.8 0.3 Haarmann Therm 8-2 19.5 55.2 0.3 25 Haarmann Therm 64-c 29 44 2 25 Harrmann Barytes Thermite 2 59.2 25.3 Haarmann Кальция сульфат thermite 57.8 1 40.9 0.3 Воспламенительные (замедляющие) составы Name Калия нитрат Пороховая мякоть Уголь Lancaster Белый fire (spolette fuse) 25 65 Lancaster Fast fuse 20 75 Earl Common fuse 73 15.5 Earl Sump fuse 77 13.5 Shimizu Dark fuse I 36 10 Shimizu Dark fuse II 56 10
Сера Реальгар 10 5 11.5 9.5 9 45 34 ОПАСНОСТЬ: Составы, чувствительные к трению чувствительны к другим механи- ческим вооздеиствиям. Воспламенеие происходит при трении состава I о состав II. Составы, чувствительные к трению Хлорат калия Диоксид марганца Сульфид сурьмы III Красный фосфор Клей Песок Декстрин Weingart Scratch ig- niter part I 67 22 11 Weingart Scratch ig- niter part II 38 48 14 Clark Scratch ig- niter part I 50 30 20 Clark Scratch ig- niter part II 50 28 22
ВЫРАЩИВАЕМ КРИСТАЛЛЫ Фиолетовый кристалл1 Для выращивания фиолетового кристалла понадобится: ■ алюмокалиевые квасцы; ■ хромокалиевые квасцы; ■ емкость; ■ леска. Для начала нужно сделать смесь квасцов. Для этого берем стакан и отвешиваем в него 100 г алюмокалиевых квасцов и 12 г хромокалиевых квасцов. Добавление вторых необходимо для получения фиолетового оттенка. frv ЮОд Ч 1 KAI(S04)2 1 https://www.youtube.com/watch?v=5CaH7 9eOEyk
12g KCr(S04)2 Далее наливаем в стакан 400 мл очень горячей воды и начинаем перемешивать, пока вся соль не растворится. 4p0ml < А После этого оставляем стакан с раствором на 24 часа, чтобы на дне выпали кристаллы. Спустя сутки сливаем раствор квасцов из стакана в другую емкость. На дне стакана будут образованы красивые маленькие кристаллы, сросшиеся между собой. N
^ Расковыриваем массу с кристаллами и выкладываем их в тарелку. Теперь выбираем из этой массы кристаллов самый красивый и большой. Этот кристалл будет служить затравкой, то есть именно его мы будем использовать для выращивания одного большого кристалла.
Раствор, который мы слили ранее из стакана, фильтруем. г t Теперь подвязываем затравку на тонкую леску и подвешиваем в растворе квас- цов на карандаш или палочку. Теперь остается набраться терпения и ждать, пока вырастит кристалл. Г < ;
Со временем вода из раствора будет испаряться, и лишние квасцы будут форми- ровать кристалл, который висит на леске. Спустя некоторое время кристалл будет обретать правильную геометрическую форму, обусловленную формой кристаллической решетки вещества. Для квасцов это восьмигранник или октаэдр. Октаэдр Также во время роста кристаллов на дне стакана и на леске начнут расти лиш- ние кристаллы, которые необходимо убирать. Эти кристаллы можно сохранить, поскольку их в дальнейшем можно будет ис- пользовать для приготовления раствора и выращивания других кристаллов.
Также при выращивании кристаллов следует избегать перепадов температур и загрязнения раствора. Спустя два месяца можно получить кристалл, наподобие того, который получил автор идеи.
Готовый кристалл нужно вытащить из раствора, высушить салфеткой и покрыть слоем бесцветного лака, чтобы в будущем кристалл не выветривался и не терял своей красоты. Выращивание кристаллов терпение и разум. - очень увлекательное занятие, которое развивает
Синий кристалл2 Нам понадобится: ■ медный купорос; ■ стакан; ■ горячая вода; ■ тарелка; ■ картон; ■ бесцветный лак для ногтей Самое первое, что нужно сделать перед тем, как начать выращивать кристалл, это сделать затравку, то есть кристалл, который в дальнейшем опускается в раствор. Этот кристалл в дальнейшем будет расти. Размером затравка должна быть примерно в горошину. Для начала возьмем стаканчик и насыплем туда соли примерно в половину или в треть стакана. ^uS04° 5* ,0 Дальше наливаем в наш стаканчик горячую воду, и все тщательно перемешиваем. https : //www. you tube. com/watch? v=iLoHxOXjuNo
Проверить достаточно ли соли насыпали можно довольно просто. Для этого нуж- но продолжать сыпать соль, пока она не перестанет растворяться. После того, как соль перестала растворяться, и раствор стал максимально на- сыщенным, его надо отфильтровать, поскольку обычно в солях присутствуют при- меси различных нерастворимых веществ. После того, как раствор отфильтрован нужно кинуть на дно небольшое количе- ство маленьких кристалликов и оставить этот стаканчик на сутки, чтобы на дне образовались большие кристаллы. По истечении 24 часов на дне стакана образуются большие кристаллы, размер которых вполне подходит для затравки.
Сливаем раствор в другой стаканчик, поскольку нужно расковырять получившую- ся массу кристаллов. Для этого берем ножик и расковыриваем сросшуюся массу кристаллов на дне стаканчика. Высыпаем кристаллы в тарелку и выбираем самый ровный и большой кристалл.
После того, как мы выбрали самый большой и «удачный» кристалл, его необхо- димо привязать ниточкой. Также нужно взять кусок картона и сделать несложную систему, как показано на рисунке ниже.
Подвешиваем кристалл в стаканчик с раствором. Система из куска картона, ко- торую использует автор, а также которую предлагаем мы, позволяет обеспечить наиболее эффективную среду для выращивания кристаллов. Благодаря этой систе- ме , в стакан не попадает пыль. Рост кристаллов требует немалого времени и терпения. Если есть желание получить более красивый кристалл, то нужно каждые две не- дели фильтровать раствор, чтобы он всегда был чистым. Также можно периодиче- ски доливать насыщенный раствор в стаканчик с кристаллом, чтобы поддерживать необходимый уровень. Когда кристалл вырос до необходимого размера, его нужно вытащить из раство- ра и высушить.
После этого его необходимо покрыть бесцветным лаком для ногтей одним и даже двумя слоями. Если этого не сделать, то кристалл со временем начнет высыхать и разрушаться. 2.5 СМ
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Амфетамин редукцией РРА с 12 и Н3Р02 Н—с| 100-160*С 10-Ub v^ter solution HaOH, htySaQ» DCM 2-amino-l-phenylpropon-1-ol hydrochloride В 250 мл колбу помещаем 4,84 г РРА гидрохлорида rimphetan
Измельчаем в ступке 10,4 г йода и немедленно добавляем к РРА. Хорошо перемешиваем.
Добавляем по каплям все время помешивая 9,5 мл 50% Н3Р02. Не допускаем фиолетовой реакции (паров) в течение 1,5 часов. Не забываем про вытяжку.
После полного добавления кислоты ставим обратный холодильник и греем смесь при 100-160 С в течение 10-12 часов. Выход холодильника лучше заткнуть мокрой ватой - запах противный. Смесь становится гомогенной и прозрачной с желтизной. Готовим 25% раствор щелочи (15-20 г NaOH на 50 мл воды) и охлаждаем его, Также приготовляем раствор ЫагБгОз (3 г на 20 мл воды) .
Добавляем через обратный холодильник в РМ 20-50 мл воды. Перемешиваем. Так же добавляем раствор щелочи. Перемешиваем, сульфата натрия. РМ переливаем в стакан на 1 л. А затем сразу раствор тио- Добавляем в РМ 100 мл ДХМ.
Смесь переливаем в делительную воронку. Нижний слой (ДХМ) сливаем. Дополнительно делаем еще 2-3 экстракции с ДХМ (добавляем по 40-50 мл в де- лительную воронку и хорошо перемешиваем). Экстракции с ДХМ обезвоживаем сульфатом натрия.
ДХМ слой декантируем от сульфата натрия. H2S04 AnqMtomine acetone НС| p HO-s-oh о Di hphenylpropan-irdminesulfcfee < H—CI Amphetamine hydrochloride Приготовляем 7% раствор соляной кислоты (200 мл) . Добавляем его к ДХМ рас- твору. Должно быть рН=6. Все в делительную воронку. Нижний слой (ДХМ) слива- ем.
Возвращаем ДХМ раствор в делительную воронку. Перемешиваем и опять сливаем нижний слой. И так несколько раз. Затем добавляем следующую порцию (200 мл) раствора соляной кислоты. Перемешиваем и опять сливаем ДХМ слой. ДХМ очистку повторяем несколько раз. ДХМ слой нам не нужен. К РМ добавляем 50 мл петролейнохю эфира. Перемешиваем. Водный слой сливаем. Петролейный эфир в верхнем слое (не нужен). К РМ добавляем 1-2 г окиси алюминия и хорошо перемешиваем. Раствор фильтруем через бумажный фильтр. Раствор выпариваем до полной кристаллизации. Кристаллы высушиваем в эксика- торе над сухой щелочью.
Высушенные кристаллы промываем петролеиным эфиром (70-100 мл) . Кристаллы отфильтровываем на пористом фильтре. Выход 1,9 г (43%)Л но может быть и больше.
Электроника СХЕМЫ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ В рамках данной статьи будет рассмотрено десять широко используемых схем на операционных усилителя. При написании данной статьи я исхо- дил из того, что читатель знает, что такое операционный усилитель и хотя бы в общих чертах представляет, как он работает. Также предпо- лагается, что ему известны базовые вещи теории электрических цепей, такие как закон Ома или расчет делителя напряжения. Не следует вос- принимать эту статью как законченное руководство по применению опе- рационных усилителей в любых ситуациях. Для большого количества за- дач, действительно, этих схем может быть достаточно, однако в слож- ных проектах всегда может потребоваться что-то нестандартное. Неинвертирующий усилитель Неинвертирующий усилитель - наверное, наиболее часто встречающаяся схема включения операционного усилителя, она приведена на рисунке ниже. ш \ IN 1 2. О R1 3 \ oi'l R2
В этой схеме усиливаемый сигнал подается на неинвертирующий вход операцион- ного усилителя, а сигнал с выхода через делитель напряжения попадает на ин- вертирующий вход. Расчет этой схемы прост, он строится исходя из того, что операционный уси- литель, охваченный петлей обратной связи, отрабатывает входное воздействие таким образом, чтобы напряжение на инвертирующем входе было равно напряжению на неинвертирующем: Vin =V0UT*R2/(R1+R2) Из этой формулы легко получается коэффициент усиления неинвертирующехю уси- лителя : k = Vout/ViN = 1 + R1/R2 Рассчитаем и промоделируем неинвертирующий усилитель со следующими парамет- рами: ■ Операционный усилитель LT1803 ■ Коэффициент усиления к = 10 ■ Частота входного сигнала F = 100 кГц ■ Амплитуда входного сигнала VInmax = 0,1 В ■ Постоянная составляющая входного сигнала VIN = 0,2 В Выберем из ряда Е96 R1 = 9,53 кОм и R2 = 1,0 кОм. Тогда коэффициент усиле- ния будет равен к = 1 + R1/R2 = 1 + 9,53103/1,05103 * 10 Результат моделирования данной схемы приведен на рисунке: V_IN VI SINE(0.2 0.1 100k) .tran 0.05m R2 1.05k i V2 3.3 Ul V_0UT LT1803 Rl 9.53k R3 100k 5>» 10|» ?0|в 25»e 30|* 15|g 45>» 50|«| Давайте теперь рассмотрим граничные случаи этого усилителя. Допустим, вели- чина сопротивления резистора R2 = 0 Ом. При этом мы получим, что коэффициент усиления будет стремиться к бесконечности. На самом деле, конечно, это хоть и
очень большая, но все-таки конечная величина, она обычно приводится в доку- ментации на микросхему конкретного операционного усилителя. С другой стороны, величина выходного напряжения реального операционного усилителя даже при бес- конечно большом коэффициенте усиления не может быть бесконечно большой: она ограничена напряжением питания микросхемы. На практике она зачастую даже не- сколько меньше, за исключением некоторых типов усилителей, которые отмечены как rail-to-rail. Но в любом случае не рекомендуется загонять операционные усилители в предельные состояния: это приводит к насыщению их внутренних вы- ходных каскадов, нелинейным искажениям и перегрузкам микросхемы. Поэтому дан- ный предельный случай не несет какой-то практической пользы. Гораздо больший интерес представляет собой другой предельный случай, когда величина сопротивления R1 = 0 Ом. Его мы рассмотрим в следующем разделе. Повторитель Как уже говорилось ранее, включение операционного усилителя по схеме повто- рителя - это предельный случай неинвертирующего усилителя, когда один из ре- зисторов имеет нулевое сопротивление. Схема повторителя приведена на рисунке ниже. ш \ IN 1 2С > 3 \ OL'I Как видно из формулы, приведенной выше, коэффициент передачи для повторите- ля равен единице, то есть выходной сигнал в точности повторяет входной. Зачем же вообще нужен операционный усилитель в таком случае? Он выступает в роли буфера, обладая высоким входным сопротивлением и маленьким выходным. Когда это бывает нужно? Допустим, мы имеем какой-то источник сигнала с большим вы- ходным сопротивлением и хотим этот сигнал без искажения передать на относи- тельно низкоомную разгрузку. Если мы это сделаем напрямую, без каких бы то ни было буферов, то неизбежно потеряем какую-то часть сигнала. Убедимся в этом с помощью моделирования схемы со следующими основными пара- метрами : ■ Выходное сопротивление источника сигнала 10 кОм ■ Сопротивление нагрузки 1 кОм ■ Частота входного сигнала F = 100 кГц ■ Амплитуда входного сигнала VInmax = 0,1 В ■ Постоянная составляющая входного сигнала ViN = 0,2 В Моделирования будем проводить для двух случаев: в первом случае пусть ис- точник сигнала работает на нагрузку через повторитель, а во втором случае — напрямую. Результаты моделирования приведены на рисунке ниже: на верхней осциллограм- ме выходной и входной сигналы в точности совпадают друг с другом, тогда как на нижней сигнал на выходе в несколько раз меньше по амплитуде относительно сигнала на входе. Вместо повторителя на операционном усилителе можно также использовать и эмиттерный повторитель на транзисторе, не забывая, однако, про присущие ему ограничения.
V_IN_1 XvT SINE(0.2 0.1 100k) 1 .tran 0.05m V_IN_2 /'+'■■, SINE(0.2 0.1 100k) 1 ;tran 0.05m Rl 10k V_OUT_l LT1803 R2 Ik R3 10k R4 Ik 300m V 280mV 260m V 240mV 220mV 200m V 180mV 160mV 140mV 120mV -. /. -f .1... \ : \! ---- -i- -/■ -\j- ■!..... ■V-i -v-i ----- i • /. -/- I -\- -\- / 1: \l \i / \ 330mV 300m V 270mV 240mV 210mV 180mV 1SOmV 120mV 90mV 60m V 30mV t I """i .\ :\ ! l : \ : \ ; \ 1 ■j t /: "-;-;--- / : .../...i Y \ ~\ I : --^v- ; \ : \ i t ! i f / / i .' 1 •-■!■/- ': '<" 1 V(vo ■"V": \ \ ....A: t 1) -•:-/-■ ■--■■:■-(■■- : i \ ' \ t- !j I :j. \j \ I \ \ \ \ \ i i '""I /: ■■""/; ..J.;...... / i / t Г"" ---:(-- ---:-\-- \ \ \ V(v_o :/ / ,t I ----H ;' t_4 ',: \ ;\ --:;-- :-\---- i I ____/_ / / OmV | Ops 5»» 10ms 1*. 70ns ?5^s joU 35ns 4<is 45,» 50ИБ Инвертирующий усилитель (классическая схема) В схеме инвертирующего усилителя входной сигнал подается на инвертирующий вывод микросхемы, на него же заведена и обратная связь. Неинвертирующии вход при этом подключается к земле (иногда к источнику смещения). Типовая схема инвертирующего усилителя приведена на рисунке ниже. \ oui Для входной цепи инвертирующего усилителя можно записать следующее выраже- ние: (Vin - V_)/R1 = (V- - V0UT)/R2 Где V_ — напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя. Поскольку операционный усилитель, охваченный петлей обратной связи, стре- мится выровнять напряжения на своих входах, то V- = 0, и при заземленном не- инвертирующем входе получаем VIN/R1 = -V0UT/R2 Отсюда коэффициент усиления инвертирующего усилителя равен k = Vout/ViN = -R2/R1 По инвертирующему усилителю можно сделать следующие выводы: 1. Инвертирующий усилитель инвертирует сигнал. Это значит, что необходимо применение двухполярного питания.
. Величина модуля коэффициента усиления инвертирующего усилителя равна отно- шению резисторов цепи обратной связи. При равенстве номиналов двух рези- сторов коэффициент усиления равен -1, т.е. инвертирующий усилитель работа- ет просто как инвертор сигнала. . Величина входного сопротивления инвертирующего усилителя равна величине резистора R1. Это важно, потому что при маленьких значениях R1 может силь- но нагружаться предыдущий каскад. Для примера рассчитаем инвертирующий усилитель со следующими параметрами: ■ Операционный усилитель LT1803 ■ Коэффициент усиления к = -10 ■ Частота входного сигнала F = 100 кГц ■ Амплитуда входного сигнала VINmax = 0,1 В ■ Постоянная составляющая входного сигнала VIN = 0,2 В В качестве резисторов в цепи обратной связи выберем резисторы номиналами R1 10 кОм и R2 = 100 кОм: их отношение как раз равно десяти. Результаты моделирования усилителя приведены на рисунке. V IN '■■.._..'' SINE(0.2 0.1 100k) T .tran 0.05m Rl 10k V2 .I5 I R2 100k ,-_. |v Ш LT1803 V3 .- -+- ■■ ( 'i5 R3 100k 0.5V— 0.4V ■ 0.3V- 0.2V • 0.1V- 0.0V ■ Lo.iv- [o.2V- 0.3V- 4).4V- 0.5V- Lo.ev- Lo./v- [e.«v- 0.9V- 2.0V- 2.1V \ 2.2V- 2.3V • 2.4V- 2.5V • 2.6V- 2.7V- 2.8V- -2.W • 3.0V- 3.1V- 3.2V- b.3V- -VL i~ 4 1 \ i Л I" A L -Л j.; I Ibtis 20jB 25jb 30jb 35jb 40js 45|B Как видим, выходной сигнал в 10 раз больше по амплитуде, чем входной, и при этом проинвертирован. Входное сопротивление данной схемы равно R1 = 10 кОм. А что будет, если ис- точник сигнала будет иметь значительное выходное сопротивление, допустим, эти же 10 кОм? Результат моделирования этого случая представлен на рисунке ниже. Амплитуда выходного сигнала просела в два раза по сравнению с предыдущим случаем! Очевидно, что это все из-за того, что выходное сопротивление генера- тора в этом случае равно входному сопротивлению инвертирующего усилителя. Та- ким образом, стоит всегда помнить про эту особенность инвертирующего усилите- ля . Как же быть, если все-таки требуется обеспечить работу источника сигнала с высоким выходным сопротивлением на инвертирующий усилитель? В теории надо увеличивать сопротивление R1. Однако одновременно с эти будет расти и сопро- тивление R2. Если мы хотим обеспечить входное сопротивление схемы в 500 кОм при коэффициенте усиления 10, резистор R2 должен иметь сопротивление в 5 МОм! Такие большие номиналы сопротивлений применять не рекомендуется: схема будет очень чувствительной к наводкам, пыли и флюсу на печатной плате. Есть ли ка-
кие-то выходы из этой ситуации? На самом деле да. Можно, например, использо- вать буфер-повторитель, который мы рассмотрели в прошлом разделе. А можно еще применить схему с Т-образным мостом в обратной связи, про нее поговорим в следующем разделе. V IN 1 VI ,,■" + "■■■. Ч-.■■' SINE(0.2 0.1100k) .tran 0.05m R4 10k Rl 10k V2 f i ~~ Л5 R2 100k r- L'U1 L" 1T1803 V3 f i R3 100k Инвертирующий усилитель с Т-образным мостом в цепи ОС Схема инвертирующего усилителя с Т-образным мостом в цепи обратной связи приведена на рисунке ниже. V < И_ Г R3 R4 т Коэффициент усиления этой схемы равен k = Vout/ViN = -(R2 + R3 + R2*R3/R4) /Rl Рассчитаем усилитель со следующими параметрами: ■ Операционный усилитель LT1803 ■ Коэффициент усиления к = 10 ■ Частота входного сигнала F = 100 кГц ■ Амплитуда входного сигнала VINmax = 0,1 В ■ Постоянная составляющая входного сигнала VIN = 0,2 В
■ Входное сопротивление R = 500 кОм Расчет показывает, что следящие номиналы резисторов должны сформировать усилитель с Т-образным мостом, отвечающий заявленным требованиям: R1 = 499 кОм R2 = R3 = 22,6 кОм R4 = 100 Ом Результаты моделирования схемы усилителя приведены на рисунке ниже. V IN 1 VI SINE(0.2 0.1 100k) | .tran 0.05m 499k R4 10G R2 22.6k - 1 5 R3 22.6k -■- L-ui V OUT < <--" LT1803 V3 .■■+■■. I5 T R5 100k 1 ту *v* 451" МН Попробуем теперь подключить источник с выходным сопротивлением 10 кОм, как мы это сделали в предыдущем разделе. Получим такую картинку: R6 V IN 10k 1 VI f 1 SINE(0.2 0.1 100k) .tran 0.05m Rl 499k R2 22.6k • V2 ,' + \ J! R4 100 . R3 22.6k Г- l^1 J V_OUT LT1803 V3 .■■■" + ■■■. Is i i R5 100k 1 Выходной сигнал практически не изменился по амплитуде по сравнению с преды- дущим моделированием, и это ни в какое сравнение не идет с тем, насколько он проседал в схеме простого инвертирующего усилителя без Т-моста. Кроме того,
как мы видим, эта схема позволяет обойтись без мегаомных резисторов даже при больших коэффициентах усиления и значительном входном сопротивлении. Инвертирующий усилитель в схемах с однополярным питанием Схемы с однополярным питанием распространены гораздо больше, чем схемы с двухполярным. Вместе с тем, как мы выяснили в прошлых двух разделах, при ис- пользовании схемы инвертирующего усилителя у нас меняется знак выходного на- пряжения, что влечет за собой обязательное применение двухполярнохю источника питания. Можно ли как-то обойти это ограничение и использовать инвертирующий усилитель в схемах с однополярным питанием? На самом деле можно, для этого надо на неинвертирующий вход усилителя подать напряжение смещения как показа- но на рисунке ниже. V RI-K V 1\ R1 R2 1 R1 2Л 1 ш > R2 3 V ()1Ч Примечание: Позиционные обозначения R1 и R2 показаны условно. Они одни и те же для разных резисторов на схеме, что, конечно, невозможно для реальной схе- мы, однако допускается на рисунке для подчеркивания того, что эти резисторы имеют одинаковые номиналы. Расчет этой схемы строится все на том же принципе равенства напряжений на инвертирующем и неинвертирующем входах усилителя. Ток через цепочку резисто- ров R1-R2 инвертирующего плеча равен. Irir2 = (Vout " V_)/R2 = (V_ - VIN)/R1 Отсюда напряжения на инвертирующем входе равно V_ = (V0ut*R1 + VIN*R2)/(R1 + R2) Напряжение на неинвертирующем входе равно V+ = VreF*R2/(R1 + R2) Исходя из принципа равенства напряжения на инвертирующем и неинвертирующем входах получаем V0ut*R1 + VIN*R2 = VreF*R2 Таким образом, напряжение на выходе операционного усилителя равно Vout = OW - VIN) *R2/R1
Отсюда делаем вывод, что для корректной работы напряжения смещения VreF должно быть больше максимального входного напряжения с учетом подаваемого на вход напряжения смещения. Промоделируем схему инвертирующего усилителя со следующими параметрами: ■ Операционный усилитель LT1803 ■ Коэффициент усиления к = 10 ■ Частота входного сигнала F = 100 кГц ■ Амплитуда входного сигнала VINmax = 0,01 В ■ Постоянная составляющая входного сигнала VIN = 0,2 В ■ Напряжение источника смещения VreF = 0,22 В Результаты моделирования приведены на рисунке ниже. V IN _ VI SINE(0.2 0.01100k) .tran 0.05m Rl 10k s_ _ V2 5 R4 100k R2 100k JJ1 .. ,+ 1T1803 . . R3 10k 1 V3 ■■'-(-'-■. (. .) 10.22 —• R5 100k bWmV pOOmV OTOmV P80mV pOmV BWrnV MOmV- EMOcnV EJOmV- B20mV pWtnV eoomv 19©mV 180mV 170mV 160rnV 15©mV 140mV 130mV 120mV 110mV MOOmV 90m V -\ У' H |! i -[--!- --W------ --[ 20|g й|в 30jb 35^ -**± ™£ Как видим, мы получили усиленный в 10 раз инвертированный сигнал, при этом сигнал проинвертировался, однако, не залез в отрицательную область. Инвертирующий сумматор Операционный усилитель можно использовать для суммирования различных сигна- лов . С помощью резисторов можно задавать «вес» каждого из сигнала в общей сумме. Схема инвертирующего сумматора приведена на рисунке ниже. R1 V 1\1 v in: V 1\> R2 R3 1 2~ ч-1 D1 > R4 3 V OUT Расчет инвертирующего сумматора очень прост и основывается на принципе су- перпозиции: суммарный выходной сигнал равен сумме отдельных составляющих:
Vquti = -R4*VIN1/R1 V0ut2 = -R4*ViN2/R2 Vouts = -R4*VIN3/R3 Vqut = -( R4*VINi/Rl + R4*VIN2/R2 + R4*VIN3/R3) Рассчитаем и произведем моделирование инвертирующего сумматора со следующи- ми параметрами: Операционный усилитель LT1803 Частота входного сигнала F = 100 кГц Амплитуда входного сигнала №1 VINi = 0,1 В Амплитуда входного сигнала №2 VIN2 = 0,2 В Амплитуда входного сигнала №3 VIN3 = 0,3 В «Вес» сигнала №1 vi = 3 «Вес» сигнала №2 v2 = 2 «Вес» сигнала №3 v3 = 1 Для обеспечения требуемых «весов» Vi, v2 и v3 выберем следующие номиналы ре- зисторов из ряда Е96: R1 = 10 кОм R2 = 20 кОм R3 = R4 = 30,1 кОм Результат моделирования приведен на рисунке ниже. SINE(0 0.1 100k) 1 V IN 1 U 1/ VI SINE(0 0.2 100k) 1 V IN 2 .] U U V2 SINE(0 0.3 100k) 1 V IN 3 1 и и V3 .tran 0.05nr Rl 10k R2 20k R3 30.1k 1 V4 ' 5 . . . R4 30.1k m . * - LT1803 V5 -5 " R5 100k .—, I I I- r \ I I ?0|B ?Ь|в ЗОр» ЗЬр» 40>в f:\ i':i:\ ;|::J:! Видим, что выходной сигнал проинвертирован и усилен в соответствии с выра- жением, приведенным выше. Однако стоит всегда помнить, что приведенное выше выражение верно для постоянных напряжений (либо же мгновенных значений пере- менного сигнала) . Если же сдвинуть сигналы по фазе или если они будут обла- дать разной частотой, то результат будет совершенно другим. Аналитически его можно рассчитать, воспользовавшись формулами преобразования тригонометриче- ских выражений (в случае, если мы имеем дело с синусоидальными сигналами) . В качестве примера на рисунке ниже приведен результат моделирования инвертирую- щего сумматора для случая сдвинутых по фазе входных сигналов.
SINE(0 0.1 100k) , ,, +UV_IN_1 ■—■■ vi SINE(0 0.2 100k 2.5u) ^ ^г±Ж2 '—"' V2 SINE(0 0.3 100k 5u) -1 i v IN 3 1 ' '.' V3 .tran 0.05m Rl 10k R2 20k R3 30.1k 1- V4 J /'+ "■■ "i5 R4 30.1k Г 1 ш ^ 1 1T1803 1 V5 ( ) 1' R5 100k 1 280mV- 210mV- 140mV- 70mV- 70mV- 140mV- 210mV- 280rnV- 350rnV- 420m V 490mV- V(v oiK| P\ibr :r~~~¥:\~ i 1 \ : ! i Щ-\ ' ' 1 \ 1 ■■/■-.;\-^-:-{-1г-/1 i \ i /i 1 vi-Ui... \ --4--4-- \ j \\ \ i \ -\—/—f-\ i ' V|v>_1| f\-fh ; ■■■■/- |-f\ -j ! .'1! S ■! "i .J y. t 1 A ' /■ * '\ i ' '^-/ l ■ i ! '""Ц"""" :-^---|-.- ;' I / : \ j \ 1 \ i \ ! \ I -■/■ -i--^ -V i-/-- -V-- r>--fy-r-|--;:--fvV--f-t f /i ;| ' f / VyfHW -|--,-f( —■ --/■■:--f---- i' :' i \! ^ i "/ :""_л; Д"" V" V ' r\f--xj- \ 1 : : : : : V(y_ \--- V " -\- .1- ; -■/-1--; r 1 , 1 1 ' \ \ n_3) --; /-"v--/: Hr 1' ,..|7:-:--Ад- ;; i I f\ ! / I1: \ ' ■ / I1: ''■■{__.'■'[ ■H~~l~~J-~ i \ 1 }'"":""'] 41— 15|в 20jB 2^в 30jb J5|B Щв -Ъ* ™ё Как видим, итоговый сигнал не превышает по амплитуде сигнал VIN3, а также имеет в начальной части артефакты, вызванные постепенным появлениями сигналов на входах. Необходимо также помнить, что инвертирующий сумматор - по сути все тот же инвертирующий усилитель, и его входное сопротивление определяется величиной резистора в цепи обратной связи, поэтому его надо аккуратно применять в слу- чаях , если источник сигнала имеет большое выходное сопротивление. Дифференциальный усилитель Дифференциальный усилитель предназначен для усиления разности сигналов, по- ступающих на его входы. Такое включение усилителей широко используется, на- пример, для усиления сигнала с резистора-шунта-датчика тока. Что немаловажно, операционный усилитель в таком включении помимо, собственно, усиления сигна- ла, давит синфазную помеху. Схема дифференциального усилителя приведена на рисунке. I R2 V INI v in: R1 R3 ш V OUT R4 Для дифференциального усилителя можно записать следующие выражения:
(Vqut " V_)/R4 = (V_ - VIN2)/R3 V+ = VINi*R2/(Rl + R2) V+ = V_ Решая эту систему уравнений, получаем Vout = VINi*R2/(Rl + R2) * (R3 + R4)/R3 - VIN2*R4/R3 Если мы примем, что R2/R1 = R4/R3 то данное выражение упрощается и преобразуется в Vqut = (VIN1 - VIN2) *R2/R1 Таким образом, коэффициент усиления дифференциального сигнала определяется отношением R2 к R1. Эта формула (да и сама схема включения дифференциального усилителя) очень похожа на рассмотренный ранее случай инвертирующего усилителя в схеме с одно- полярным питанием. Действительно, все так и есть: схема инвертирующего усили- теля с однополярным питанием и напряжением смещения есть частный случай диф- ференциального усилителя, просто в ней на один из входов подается не какой-то переменный сигнал, а постоянное напряжение. Произведем моделирование схемы со следующими параметрами: ■ Операционный усилитель LT1803 ■ Коэффициент усиления к = 50 ■ Частота входного сигнала F = 100 кГц ■ Амплитуда входного сигнала №1 VINi = 0,015 В ■ Амплитуда входного сигнала №2 VIN2 = 0,01 В ■ Величина усиливаемого сигнала А = VINi - VIN2 = 0,005 В Результаты моделирования приведены на рисунке ниже. SINE(0 0.01 100k) V IN 2 VI SINE(0 0.015 100k) V2 .tran 50u Rl 10k R3 10k L 500k V3 ■■- + -■• f i Is R2 500k | < V OUT 1 4.T1803 V4 ■■ — ', ~5 < R5 100k .1. I by» 10|jb ISjb 20m» ?5(n ЗЬ|в 4Oj0 45je МЫ
Как видим, разница между сигналами VINi и VIN2 в 5 мВ оказалась усиленной в 50 раз и стала 250 мВ. Посмотрим теперь, как дифференциальный усилитель давит синфазную помеху. Для этого подключим к сигналам VINi и VIN2 общий генератор белого шума и произ- ведем моделирование, его результаты представлены на рисунке. SINE(0 0.01 100k) Л V IN 2 VI SINE(0 0.015 100k) » 1, 1 1 t ■—■■-' V2 Am V=WHITE(10el2*time) Rl 10k R3 10k .tran 50u L 5001c V3 : j Is R2 500k |mv out 1 1T1803 1 V4 , + "'■ Is R5 100k 1 200mV 1»mV WOmV- SOmV OmV 5ftmV 100mV 1b0mV 200mV- 250m V V(v out) ---/-----V---: •----/- --Л---: -:■ ■■■/-■ ---'• ■--■ 1-----\ / \ : ^ / \ : ■ / \ : I ^ J i : : i' ', : : ' \ : ! I / t ^/ \- ;/ l; / \ I l: ':( \ '.} \ ! \ \ i \ j \ j \ —:v -1-■ ii ■■■1—=v ■/—\ ■■ ■/ :1 Г': :"\ ,r': 'A / \"""j \\ r\ ! \ /! ! \ i \ 1 ;-V-/-H--- u-\--/--j--- -|--Д--/ \--/- , ^A.^ V -' , ^AA V../ --/--V-: j \ l ' : 1 ^ li 1 ;' 1 i ( : l( 1 ! \ : _ \ ,' j 0|и Ь|» IOib 1Ь|в 2«|в 2Ь(в 30|в ЗЬц» 4Ьц» ЬОИ На верхней осциллограмме приведены сигналы VINi и VIN2 с добавленной помехой: самого сигнала уже даже не видно за шумами. На нижней осциллограмме приведен результат работы дифференциального усилителя. Поскольку помеха одна и та же для инвертирующего и неинвертирующего входа, дифференциальный усилитель ее убирает, и в результате мы имеем чистый сигнал, не отличающийся от случая без помехи. Однако стоит все же помнить, что способность операционного усилителя давить синфазную помеху не бесконечна, данный параметр обычно приводится в докумен- тации на операционный усилитель. Кроме того, нельзя забывать и про величину входного сопротивления дифференциального усилителя со стороны инвертирующего входа: оно по-прежнему может быть невелико. Источник тока Операционный усилитель при определенном включении может работать как источ- ник тока. Источник тока поддерживает постоянный ток вне зависимости от вели- чины сопротивления нагрузки (в идеальном источнике нагрузка может быть вообще любая, в реальном - не больше какой-либо величины, пропорциональной макси- мально возможному напряжению, которое может сформировать на ней источник то- ка) . Возможно как минимум две схемы источника тока на операционном усилителе: с плавающей нагрузкой и с заземленной нагрузкой. Схема источника тока с пла- вающей нагрузкой предельно проста и приведена на рисунке ниже. Как видим, на неинвертирующий вход подается опорное напряжение, а в роли нагрузки выступает один из элементов обратной связи. Величина тока при этом определяется следующим выражением I = Vref/RI
Однако все-таки чаще требуется, чтобы нагрузка была заземлена. В этом слу- чае схема немного усложняется: потребуется дополнительный транзистор. Для этих целей лучше брать полевой транзистор: у биполярного транзистора токи коллектора и эмиттера немного отличаются из-за тока базы, что приведет к ме- нее стабильной работе источника тока. Схема источника тока на операционном усилителе с заземленной нагрузкой приведена на рисунке ниже. VT1 R load т т Величина тока рассчитывается так: I = (VreF - V+)/R = VreF(1 - R2/(R1 + R2))/R Произведем расчет и моделирование источника тока со следующими параметрами: ■ Операционный усилитель LT1803 ■ Величина силы тока I = 10 мА ■ Величина сопротивления нагрузки Rioad = Ю Ом Для обеспечения заданных характеристик подойдут следующие номиналы сопро- тивлений резисторов: R = 250 Ом Rl = R2 = 1кОм Результат моделирования источника тока с заданными параметрами представлен на рисунке ниже.
VI 5 [ Rl Ik i т R2 ^1к ..-_. V3 .tran 50u ■* 5 7J U1 1 LT1803 k- 1 V4 1— 1= - R 250 IRF7220 Ml RJoad 10 10.8mA н 10.6mA 10.4mA ^ 10.2mA 10.0mA 98mA 96mA 9.4mA ^ 9.2тАн 9.0mA н 100.8m V 100.6mV 100.4mVH 100.2mVn lOO.OmV 99.8mV^ 99.6mV 99.4mV 99.2rMH 99.0m V^ 98.8mV-i На рисунке приведено два графика. Верхний график показывает величину тока через сопротивление нагрузки, и она равна 10 мА. Нижний график показывает на- пряжение на нагрузке, оно равно 100 мВ. Попробуем теперь изменить сопротивле- ние нагрузки: вместо 10 Ом возьмем 100 Ом и промоделируем. .- [ VI к--., г .tran 50u Rl Ik R2 Ik ^| Ul 1 LT1803 1 V4 /■ 1 \ V3 l'5 1 -&-1 R 250 IRF7220 Ml 2 RJoad 100 1 10.8mA4 10.6oiA4 10.4mA4 10 2тл4----;- 10.0itia4 : ------ 9.8п.а4 --- -- -■■ 9.6mA-| ;- 9.4itia4 9.2тд4 9.0тл4 Ops Vs 10|в 1bps 20|в 2Ь|в 30|» 3tys 40|в 4Ь|в 2.0V, *-"> 1.8V • i.6v4 --- — ----- --- ---- — ---- — --- --- ---- — --- 1.4V-] 1.2Л/4 ,- i.ov4 ; — 0.8v4 0.6V ■ 0.4v4 0.2V4 : o.ov4 ■ ■ i ■ ■ ■ ■ ■ ■— 0|B bps 10jb 15jb 20jb 25|B 3©jb 35(B 40je *bys. Как мы видим, через нагрузку течет все тот же самый ток в 10 мА: операцион- ный усилитель отработал изменение нагрузки, повысив на ней напряжение, оно теперь стало равным 1 В. Но в реальности операционный усилитель не сможет поднимать напряжение бесконечно: оно ограничено напряжением источника питания (а зачастую еще и несколько меньше него). Что же будет, если задать сопротив- ление нагрузки слишком высоким? По сути, источник тока перестает работать. На рисунке ниже пример моделирования источника с сопротивление нагрузки в 1 кОм.
[ VI 1 .tran 50u Rl Ik ^^ R2 Ik - V3 5 >] U1 LT1803 1 V4 /' + '\ 'I5 R 250 • к--- IRF7220 Ml 2 > RJoad Ik 1 W.2mA И.0тд4 4.8V4 4.6v4 4.4v4 - 4.2v4 4.0V^ 3.«v4 3.6v4 3.4v4 3.zv4 3.»V^ 20|в 25|в 30|в V(v fl) Согласно графику, ток через нагрузку теперь уже никакие не 10 мА, а всего лишь 4 мА. При дальнейшем повышении сопротивления нагрузки ток будет все меньше и меньше. Дополнительно по приведенным схемам источников тока на операционных усили- телях надо отметить, что стабильность выходного тока в них зависит от ста- бильности напряжения VIN, в связи с этим оно должно быть хорошо стабилизиро- ванным. Существуют более сложные схемы, которые позволяют уйти от этой зави- симости, но в рамках данной статьи мы их рассматривать не будем. Интегратор на операционном усилителе Думаю, что все читатели знакомы с классической схемой интегратора на RC- цепочке: R1 \ |\ \ < >ы С1 Эта схема чрезвычайно широко используется на практике, однако имеет в себе один серьезный недостаток: выходное сопротивление этой схемы велико и, как следствие, входной сигнал может существенно ослабляться. Для устранения этого недостатка возможно использование операционного усилителя. Простейшая схема интегратора на операционном усилителе, встречающаяся во всех учебниках, приведена на рисунке ниже.
Как видно из рисунка — это инвертирующий интегратор, т.е. помимо интегриро- вания сигнала, он меняет также и его полярность. Следует отметить, что это требуется далеко не всегда. Еще один серьезный недостаток этой схемы — кон- денсатор интегратора накапливает в себе заряд, который надо как-то сбрасы- вать . Для этого можно либо применять резистор, включенный параллельно с кон- денсатором (однако необходимо учитывать также его влияние на итоговый сиг- нал) , либо же сбрасывать заряд с помощью полевого транзистора, открывая его в нужные моменты времени. По этой причине я решил рассмотреть более подробно другую схему интегратора с использованием операционного усилителя, которая, на мой взгляд, заслуживает больший практический интерес: R1 ш V IN С1 1 *о [> 3 V (П. I Как видно из рисунка, эта схема представляет собой классический интегратор на RC-цепочке, к которому добавлен повторитель на операционном усилителе: с помощью него решается проблема выходного сопротивления. Интегратор можно также рассматривать как фильтр нижних частот. Частота сре- за АЧХ фильтра высчитывается по формуле fc = 1/(2яК1С1) Тут стоит обратить внимание на один очень важный момент. Надо всегда пом- нить, что частота среза, рассчитанная выше, верна только для RC-цепочки и не учитывает частотных свойств самого операционного усилителя. Частотными свой- ствами операционного усилителя можно пренебречь, если мы попадаем в его рабо- чий диапазон частот, но если мы вдруг выйдем за него, то итоговая частотная характеристика схемы будет совсем не такой, как мы ожидали. Грубо говоря, ес- ли у нас RC-цепочка настроена на 1 МГц, а операционный усилитель позволяет работать до 100 МГц - все хорошо. Но если у нас цепочка на 10 МГц, а операци- онный усилитель работает до 1 МГц - все плохо. В качестве примера рассчитаем ФНЧ со следующими параметрами частотой среза АЧХ в 1 МГц. Для такой частоты можно выбрать ■ Частота среза АЧХ f с = 1 МГц ■ Операционный усилитель LT1803 (Максимальная частота 85 МГц) Для заданной частоты среза АЧХ подойдут следующие номиналы сопротивления и емкости RC-цепочки: R1 = 1,58 кОм С1 = 100 пФ Результат моделирования приведен на рисунке ниже. На этом рисунке показаны две частотные характеристики: отдельно для RC-цепочки (зеленая линия) и для всей схемы целиком (RC-цепочка + операционный усилитель, красная линия). Как видно из рисунка, красная и зеленая линии сначала совпадают, а начиная с определенной частоты красная идет вниз гораздо круче. Это как раз и объяс- няется тем, что на частотные свойства схемы начинает оказывать влияние уже сам операционный усилитель. Ну и поскольку все-таки мы рассматриваем интегратор, то на следующем рисун- ке приведена классическая картинка из учебников: интегрирование прямоугольных импульсов. Параметры интегратора те же, какие были в предыдущем моделировании
частотной характеристики. V_IN VI Rl 1.58k V RC CI lOOp V2 -1- >tran 50u SINE(0 1 0 0 0 lOu 20u) V__RC ,% VIM 1.58k J5 lOOp V IN VI -J— .tran 0 5u 0 In PULSE(0 1 0 0 0 lu 2u) Дифференциатор на операционном усилителе ш V_OUT LT1803 LV3 R2 100k ас dec 50u 1000 1000000000 Ul V_OUT LT1803 V3 K5 R2 100k ;ac dec 50u 1000 1000000000 \- ;■■■' I : i I ; i : : :/ f""""T\ Г"-": !"i /I Г*1" ■i !--"71 |--f- ■■ ^~r ^H^ ■■г] 1 r^-f-т-- ■| i : :f li h -.-I--! |--i Ц-------1 L4...-4-----------4J------U-------- 1^?—^ l^t'^^ r^>—; ;-^--Г-^: ^^1—^ 1 : ill : I ', I I i : i I i : I i -I i I ; )■■ i ;-i-i i i-l i I i i i ij | i ih 1.1 ; L; fj ( : u J.J \ It I j Ij 1| J ! : \| L| I I : \ i! i ; \ и I ; " i ; j - | ; Ijjte 2Л& 2^e ХОр 3J4* ЛЛув ^5|в b.0ys\ Схема простейшего дифференциатора на RC-цепочке известна ничуть не меньше, чем схема интегратора: ;ci I R1
Эта схема имеет все тот же недостаток, связанный с высоким выходным сопро- тивлением, и для его устранения можно аналогичным образом применить операци- онный усилитель. Схема инвертирующего дифференциатора получается из схемы ин- вертирующего интегратора путем замены конденсаторов на резисторы и резисторов на конденсаторы, она приведена на рисунке ниже. Однако и в этом случае более подробно рассмотрим другую схему, состоящую из классического дифференциатора на RC-цепочке и повторителя на операционном усилителе: v i\ С1 R1 Если интегратор мы рассматривали как простейший фильтр нижних частот, то дифференциатор наоборот - фильтр верхних частот. Частота среза АЧХ считается все по той же формуле fc = 1/(2яИ1С1) В случае дифференциатора также нельзя забывать про частотные свойства само- го операционного усилителя: здесь они выражены даже более ярко, чем в случае с интегратором. Как мы уже убедились в прошлом разделе, начиная с определен- ной частоты операционный усилитель работает как фильтр нижних частот, тогда как дифференциатор - это фильтр верхних частот. Вместе они будут работать как полосовой фильтр. В качестве примера рассчитаем ФВЧ с частотой среза АЧХ равной тем же 1 МГц. Для такой частоты можно выбрать все те же номиналы компонентов, которые были в случае ФНЧ: R1 = 1,58 кОм С1 = 100 пФ Результат моделирования приведен на рисунке ниже. На этом рисунке показаны две частотные характеристики: отдельно для RC-цепочки (зеленая линия) и для всей схемы целиком (RC-цепочка + операционный усилитель, красная линия). Как видно из рисунка, красная и зеленая линии сначала совпадают, а начиная с определенной частоты, красная линия идет резко вниз, тогда как зеленая ли- ния, отражающая работу непосредственно самой RC-цепочки, горизонтальна. Работа дифференциатор при подаче на его вход прямоугольных импульсов приве- дена на рисунке ниже.
V_IN CI ^ lOOp ** VI 1.58k 1V2 — ;tran О 5u 0 In PULSE(0 1 О О О lu 2u) Ul V_OUT LT1803 V3 R2 100k .ac dec 100 1000 1000000000 CI VRC I I IOOd R1 Vi P 1.581c V2 —L- .tran lOu PULSE(0 1 0 0 0 lu 2u) V_OUT LT1803 V3 K5 R2 100k ;ac dec 100 1000 1000000000 i.ev o.«v 0.6V 0.4V 0.7V 0.0V 47V 4.4V 4.6V 0| 1 1 ll , i \ j I 1 V(v_out) 'i \ 1 \ 1 M : j 1 : : 1 ; ; 1 '■ 1 : ! 1 : : 1 i ; ; i : 1 1 1 1 i \ ■ J - -■■-/- v ■-- -- 1 1 1 ,1 1 1 I 1 Л- ---. I j \. i 1 1 j 1 ] I 1 J |i 1 В1дк?4в3|в4|с5|в6|в7|в8|в9|в В данной статье мы рассмотрели десять наиболее часто встречающихся схем на операционных усилителях. Операционный усилитель - мощный инструмент в умелых руках, и количество схем, которые можно создать с его помощью, конечно, мно- гократно превосходит то, что было рассмотрено, однако, надеюсь, данный мате- риал будет кому-то полезен и поможет более уверенно использовать этот компо- нент в своих разработках. Полезные ссылки: 1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: — Изд. 2-е. — М. : БИНОМ - 2014. - 704 с 2. Картер Б., Манчини Р. Операционные усилители для всех — М. : дом «Додэка — XXI» — 2011. — 509 с 3 . https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data- sheets/180345f.pdf Издательство Издательский
ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ В статье будет рассмотрен и описан простой процесс сборки полезного генератора импульсов для изучения катушек индуктивности и других экспериментов. Отличие такого генератора от распространённых ШИМ-генераторов в том, что у данного генератора имеется возможность задавать отдельно длительность импуль- са и отдельно длительность паузы, а также количество последовательно идущих импульсов и пауз. Имеется также возможность получения полноценного регулируе- мого повторяющегося во времени сигнала. Все перечисленные возможности реализованы через код. Для создания генерато- ра понадобится Arduino Nano/Uno, две тактильные кнопки, LCD-дисплей и уста- новленная на ПК программа Arduino IDE. Схема подключения изображена на рисунке 1.
К1 SDA SCL VCO K2 йу й- ok J- ^ —. OU "4% *' OS V'\.jTL, Oil , xjsga. чф OS #J|3~~1|h 8# ■GND lw ■ —xixa Hi ooONw Рис. 1. Для удобства подключения и использования Arduino Nano можно применить такую плату расширения (рис. 2). Очень удобно, есть рядом расположенные необходимые выводы для подключения LCD-дисплея. У каждого сигнального пина рядом есть от- дельный пин GND и +5V. Рис. 2.
Вначале необходимо скачать и установить Arduino IDE. Далее необходима биб- лиотека LiquidCrystal I2C, автор Frank de Brabander, библиотека необходима для работы дисплея. Это можно сделать, зайдя в Tools - Manage Libraries.... (рис. 3) . File Edit Sketch Tools Help 4* Arduino Nano LIBRARY MANAGER LiquidCrystal_l2C v2 Burstino jde <Wire.h> jde <LiquidOystal_I2C.h> Topic: 2.0.1 v LiquidCrystal I2C LiquidCrystal_I2C lcd(9x27, 20, buttonlPin = 3j button2Pin = 4j outputPin = 9; A library for I2C LCD displays. The library allows to control I2C displays with functions extremely similar to LiquidCrystal library. THIS LIBRARY MIGHT NOT BE... pulseWidth = 100j pauseWidth = 100; burstCount = 1; REMOVE pulseDigits[6] = {'9', 'в* pauseDigits[6] = {*в', 'в* burstDigits[6] = {'в', '( LiquidCrystal I2C Multilingual ■ . с: - For printing multilingual UTF8 strings (French, Russian, Vietnamese, Katakana, etc.) to LCD1602, LCD2004, etc. via I2C. Automatically move down and pause when printing... currentSection = 0; currentDigit = 0; mode = 1; 2.0 2 v generating = fals LiquidCrystal NKC b : с mi с из с Control library for an advanced RS232\I2C\SPI LCD display by Longtech & NKC Electronics This LiquidCrystal library facilitates simplified, yet extensive plug-n-play control of... buttonlState = HIGH, lastBui lastDebounceTimel button2State = HIGH, lastBui lastDebounceTime2 debounceDeL longPressTh, 0.21.3Cv Рис. 3. getValue( val = 0: На данном этапе у вас должны быть в наличии: I2C LCD 2004 дисплей, две так- тильные кнопки, Arduino Nano или Uno. И установлена на компьютер Arduino IDE, добавлена библиотека LiquidCrystal I2C. Рассмотрим возможности генератора импульсов (рис. 4) и (рис. 1).
Рис. 4. ■ Кнопка 1. Длинное нажатие (0,4 сек) служит для выбора цифровой ячейки по горизонтали. ■ Кнопка 1. Короткое нажатие задаёт цифровое значение в выделенной ячейке. ■ Кнопка 2. По короткому нажатию идёт выбор строки. Выделение текущей ячейки опускается сверху в низ, дойдя до самого низа, выделение возвращается в верхнюю ячейку. ■ Кнопка 2. Длинное нажатие выдаёт сигнал или пачку сигналов в режиме Burst на вывод 9 Arduino. ■ Pulse. Задаётся длительность импульса в микросекундах. Рабочий диапазон от единиц микросекунд до 16000 микросекунд. ■ Pause. Задаётся длительность паузы в микросекундах. Рабочий диапазон от единиц микросекунд до 16000 микросекунд. ■ Mode. Здесь задаётся один из двух режимов. В данном примере это Burst, то есть режим одиночного импульса или последовательности из нескольких им- пульсов и пауз. Переключение режимов происходит по быстрому нажатию на кнопку 1. ■ Burst. В этой строчке задаётся количество последовательно идущих импульсов и пауз. По умолчанию стоит 1, это значит, что данный режим работы, — это генератор одиночного импульса. Если поставить 2, то мы получим два импуль- са и две паузы. Если 3, то три импульса и три паузы и т.д. При этом после последней паузы генерация выключается, а значит, отчётливой границы по- следней паузы не будет видно, пример: (рис. 6, 7). Для переключения к настройкам повторяющегося сигнала необходимо опуститься в то место дисплея, где написано Mode, и далее короткое нажатие на кнопку 1. Режим Burst изменится на Continuous (рис. 5).
Рис. 5. В режиме Continuous имеется возможность задавать длительность импульсов и отдельно пауз. И выводить повторяющийся сигнал. Режим Continuous работает в реальном времени. Без необходимости запускать повторяющийся сигнал и изменения кнопкой. Данный генератор создавался с целью изучения катушек индуктивности. Он соз- давался и рассчитан не на прямое подключение к полевому транзистору, а на подключение через оптопару и драйвер затвора. В моём случае это 6N137 и ТС4420. Поэтому логика работы генератора инвертированная: то есть когда MOSFET закрыт, на выводе 9 Arduino — 5 вольт. Пример работы Генератор выдаёт 1 импульс (Pulse) длительностью 100 микросекунд (рис. 6) FNIRSI Y *^ег еТПр ",s ED f jIUP г ч +3.00V ♦Ь Slow moving ГП 1:1 DC v.ivu m +4.47v 4.80 v Vi... i>. Ш +5.27v -3.00uS hiv.SOuS РИС. 6.
Пример работы Генератор выдаёт 3 последовательных импульсов и пауз. Длительность импульса (Pulse) 100 микросекунд, длительность паузы (Pause) 50 микросекунд. При этом после последней паузы генерация выключается, поэтому последняя пауза всегда не разделяется (рис. 7). FNIRSI ' *»*< qTnp •■■'■- ЕЛ i 3lUr l , +3.00V ♦i* Slow moving 1 1 I I : 1 DC 1S2uS 1 !, SOuS Vi-, Ш +1.69v ш 3.03 у V,,,.: Ш +5.27v Рис. 7. Пример работы Генератор в режиме Continuous. 200 микросекунд длительность импульса (Pulse) и 450 микросекунд длительность паузы (Pause), — это бесконечно повто- ряющийся режим (рис. 8). FNIRSI I'' gjj STOP 1х +2.00V ♦{•Fast moving ГП 1:1 DC +3.48» V,,,. |_ « 4.26 v v,..,, Ш +5.22v 0 nW Рис. 8.
Для завершения создания этого генератора импульсов достаточно загрузить предоставленный код в Arduino IDE. Для этого подключите Arduino Nano через USB-кабель к компьютеру, откройте Arduino IDE, выберите Arduino Nano/Uno, вы- берите СОМ-порт к которому подключена Arduino Nano/Uno. Необходимое выделено на (рис. 9). Загрузите код, нажмите вверху "Загрузка" (Upload). v2_Burst | Arduino IDE 2.3.8 File Edit Sketch Tools Help Auto Format sketch 1 sketch m< Archive Sketch Manage Libraries.. Serial Monitor Senal Plotter Firmware Updater Upload SSL Root Certificates Board: "Arduino Nano" Port "COM3" Reload Board Data Get Board Info Processor: "ATmega328P (Old Bootloader)" > Programmer Burn Bootloader v2 Burst. Рис. Если после загрузки кода на дисплее не появилась информация, то в начале кода измените адрес на "0x3F" (без кавычек). Смотрите (рис. 10).
LiquidCrystal_I2C (Эх: , 2^, :); Рис. 10. #include <Wire.h> #include <LiquidCrystal_l2C.h> LiquidCrystal_l2C lcd(0x27, 20, 4); // Адрес 12С дисплея (подставьте свой при необходимости) // Пины const int buttonlPin = 3; // Кнопка 1 (короткое: изменение цифры, длинное: переход на следующую цифру) const int button2Pin = 4; // Кнопка 2 (короткое: выбор раздела, длинное: запуск Burst) const int outputPin = 9; // Выход на оптопару (ШИМ/импульсы) // Параметры генерации unsigned long pulseWidth = 100; // Длительность импульса (мкс) unsigned long pauseWidth = 100; // Длительность паузы (мкс) unsigned long burstCount =1; // Число импульсов в пачке (Burst) // Символьные представления для ввода (6 цифр) char pulseDigits[6] = {f0f, f0f, f0f, flf, f0f, f0f} char pauseDigits[6] ={'0f, f0f, f0f, flf, f0f, f0f} char burstDigits[6] ={'0f, f0f, f0f, f0f, f0f, flf} // "000100" -> 100 мкс // "000001" -> 1 импульс // Интерфейс int currentSection = 0; // 0 = pulse, 1 = pause, 2 = mode, 3 = burst count (только в Burst-режиме) int currentDigit =0; // Индекс редактируемой цифры (0-5) int mode =1; // 0 = Continuous, 1 = Burst volatile bool generating = false; // Флаг активной генерации пачки // Дребезг кнопок int buttonlState = HIGH, lastButtonlReading = HIGH; unsigned long lastDebounceTimel = 0, buttonlPressTime = 0; int button2State = HIGH, lastButton2Reading = HIGH; unsigned long lastDebounceTime2 = 0, button2PressTime = 0; const unsigned long debounceDelay = 50; // мс const unsigned long longPressThreshold = 400; // мс (удержание кнопки) // Вспомогательные функции unsigned long getValue(char* digits) { unsigned long val = 0; for (int i = 0; i < 6; i++) { val = val * 10 + (digits[i] - '0'); } return (val == 0) ? 1 : val; // 000000 интерпретируется как 1 мкс // Настройка аппаратного ШИМ (режим Continuous)
void configureTimer() { unsigned long period_us = pulseWidth + pauseWidth; if (period_us > 1000000) period_us = 1000000; // ограничение 1 сек uintl6_t prescaler; uint8_t cs_bits; double tick_us ; if (period_us <= 4096) { prescaler = 1; cs_bits = ObOOl; tick_us = 0.0625; } else if (period_us <= 32768) { prescaler = 8; cs_bits = ObOlO; tick_us = 0.5; } else if (period_us <= 262144) { prescaler = 64; cs_bits = ObOll; tick_us = 4.0; } else if (period_us <= 1048576) { prescaler = 256; cs_bits = OblOO; tick_us = 16.0; } else { prescaler = 1024; cs_bits = OblOl; tick_us = 64.0; } double clock_mhz = 16.0; double ticks_period = (period_us * clock_mhz) / prescaler; uintl6_t icr = round(ticks_period) - 1; if (icr < 1) icr = 1; double ticks_high = (pulseWidth * clock_mhz) / prescaler; uintl6_t ocr = round(ticks_high) - 1; if (ocr > icr) ocr = icr; if (ocr < 0) ocr = 0; nolnterrupts(); TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; TCNT1 = 0; ICR1 = icr; OCR1A = ocr; // Инвертированный fast PWM (чтобы HIGH на выходе оптопары // соответствовал открытому MOSFET) TCCR1A = (1 « СОМ1А1) | (1 « СОМ1А0) | (1 « WGM11) ; TCCR1B = (1 « WGM13) | (1 « WGM12) | cs_bits ; interrupts(); } // Обновление дисплея с мигающим курсором void updateDisplay() { led.clear(); led.setCursor(0, 0); led.print("Pulse: "); for (int i = 0; i < 6; i++) led.print(pulseDigits[i]); lcd.print(" us"); led.setCursor(0, 1); led.print("Pause: "); for (int i = 0; i < 6; i++) led.print(pauseDigits[i]); lcd.print(" us"); led.setCursor(0, 2); led. print ("Mode: ") ; if (mode == 0) led.print("Continuous");
else led.print("Burst"); if (mode ==1) { led.setCursor(0, 3); led.print("Burst: "); for (int i = 0; i < 6; i++) led.print(burstDigits[i]); } // Мигающий курсор int row, col; if (currentSection == 0) { row = 0; col = 7 + currentDigit; } else if (currentSection == 1) { row = 1; col = 7 + currentDigit; } else if (currentSection == 2) { row = 2; col = 6; } else { row = 3; col = 7 + currentDigit; } led.setCursor(col, row); led.blink(); // Инициализация void setup() { pinMode(buttonlPin, INPUT_PULLUP) ; pinMode(button2Pin, INPUT_PULLUP) ; pinMode(outputPin, OUTPUT); // Начальное состояние: светодиод оптопары горит -> выход LOW -> MOSFET закрыт digitalWrite(outputPin, HIGH); led.init(); led.backlight(); pulseWidth = getValue(pulseDigits); pauseWidth = getValue(pauseDigits); burstCount = getValue(burstDigits); if (mode == 0) configureTimer(); // Если Continuous, запускаем таймер updateDisplay(); // Основной цикл void loop() { // Кнопка 1 (изменение значений) int readingl = digitalRead(buttonlPin); if (readingl != lastButtonlReading) { lastDebounceTimel = millis(); } if ((millis() - lastDebounceTimel) > debounceDelay) { if (readingl != buttonlState) { buttonlState = readingl; if (buttonlState == LOW) { buttonlPressTime = millis(); // нажали } else { // Отпустили кнопку unsigned long duration = millis() - buttonlPressTime; bool paramsChanged = false; if (currentSection == 0 || currentSection == 1 || (currentSection == 3 && mode == 1)) { char* digits = (currentSection == 0) ? pulseDigits : (currentSection == 1) ? pauseDigits : burstDigits;
if (duration < longPressThreshold) { // Короткое нажатие: увеличить цифру digits[currentDigit]++; if (digits[currentDigit] > f 9 f) digits[currentDigit] = f 0 f; paramsChanged = true; } else { // Длинное нажатие: переход к следующей цифре currentDigit = (currentDigit +1) % б; } else if (currentSection ==2) { // Раздел Mode: короткое нажатие переключает Continuous/Burst if (duration < longPressThreshold) { mode = (mode + 1) % 2; paramsChanged = true; } } // Если параметры изменились, пересчитываем и сбрасываем генератор if (paramsChanged) { // Принудительно закрываем MOSFET digitalWrite(outputPin, HIGH); nolnterrupts(); TCCR1A =0; // остановка таймера TCCR1B = 0; interrupts(); generating = false; pulseWidth = getValue(pulseDigits); pauseWidth = getValue(pauseDigits); burstCount = getValue(burstDigits); if (mode == 0) configureTimer(); // перезапустить Continuous, если нужно } updateDisplay(); } } } lastButtonlReading = readingl; // Кнопка 2 (переключение разделов и запуск Burst) int reading2 = digitalRead(button2Pin); if (reading2 != lastButton2Reading) { lastDebounceTime2 = millis(); } if ((millis() - lastDebounceTime2) > debounceDelay) { if (reading2 != button2State) { button2State = reading2; if (button2State == LOW) { button2PressTime = millis(); } else { unsigned long duration = millis() - button2PressTime; if (duration < longPressThreshold) { // Короткое нажатие: выбор следующего раздела меню currentSection = (currentSection +1) % (mode == 0 ? 3 : 4); currentDigit = 0; } else { // Длинное нажатие: запустить пачку (только в режиме Burst) if (mode == 1 && !generating && burstCount > 0) {
generating = true; // Задаём длительности без коррекции (6N137 быстрая) unsigned long pulseEffective = pulseWidth; unsigned long pauseEffective = pauseWidth; for (unsigned long i = 0; i < burstCount; i++) { // Быстрый LOW: сбрасываем бит 1 порта В PORTB &= -(1 « РВ1); delayMicroseconds(pulseEffective); // Быстрый HIGH: устанавливаем бит 1 порта В PORTB |= (1 « РВ1); if (i < burstCount - 1) { delayMicroseconds(pauseEffective); } } generating = false; } } updateDisplay(); } } } lastButton2Reading = reading2; // Если режим Continuous и таймер остановлен (например, был сброс параметров), // он автоматически не перезапустится, но в setup() и при изменении // настроек мы его запускаем. }
Электроника ПРОГРАММИРОВАНИЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ AVR И PIC Иванов В.Н. ГЛАВА 2. ПРИМЕРЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ 8-РАЗ РЯДНЫХ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ Подключение кнопки к микроконтроллеру Продолжим работу с микроконтроллером Atmega8. Создадим в Proteus новый про- ект, который назовем Button и создадим для этого проекта схему, показанную на рис 2.1. Для хранения проектов в Proteus используем ранее созданную папку ProjectsProteus. Чтобы добавить на схему кнопку, надо щелкнуть по букве Р (над областью II), затем в появившемся окне в строке Keywords набрать button (кнопка) и щелкнуть ОК. Название button появится в области П. Переместим кнопку на рабочее поле (в область III) и подключим к микросхеме. Создадим в Microchip Studio одноименный проект Button. Для хранения проекта будем использовать ранее созданную папку ProjectsAVR.
R4 10k I U1 ГО * о PBO/ICF ■^■j— PB1/OC 4 I PR3,'^Qi 14 1L 16 17 7 20 18 PB0/ICP1 PB1/OC1A PB2/SS/OC1B PB3/MOSI/OC2 PB4/MISO PB5/SCK PB6JTOSC1/XTAL1 PB7,TOSC2/XTAL2 ADC6 ADC7 AREF AVCC ATMEGA8 PCO/ADCO PC1/ADC1 PC2/ADC2 PC3/ADC3 PC4/ADC4/SDA PC5/ADC5/SCL PC6/RESET PDO/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/T0/XCK PDC/T1 PDS/AINO PD7/AIN1 23 24 27 |_22. _22_ 31 32 9 10 11 R1 ]_Ю. R3 ^b D1 ^b D2 ^k D3 Рис. 2.1. Схема соединений для проекта Button. Напишем программу, работающую по следующему алгоритму. Три светодиода через резисторы Rl, R2, R3 номиналом 220 Ом подключены к выводам PD0, PDl, PD2. Работа этих выводов задается на выход с помощью оператора DDRD = 0Ы1111111. Кнопка подключена к выводу РВО. Вывод РВО через подтягивающий ре- зистор R4 номиналом 10 кОм соединен с плюсом (+5 В) источника питания. Работа вывода RB0 задается на вход с помощью оператора DDRB &= ^(1«0). При замыка- нии кнопки, на вывод РВО поступает логический 0, и это служит сигналом к на- чалу мигания светодиодов. Состояние кнопки (замкнутое или разомкнутое), будем проверять с помощью регистра PINB. Когда кнопка разомкнута, на выводах порта В присутствует высокий потенциал и в регистр PINB записывается 1. При замыка- нии кнопки выводы порта В подключаются к земле, на них устанавливается низкий потенциал, а в регистр PINB записывается 0. Таким образом, регистр PINB ото- бражает состояние порта В. Отличие регистра PINx от регистра PORTx заключает- ся в том, что с помощью регистра PINx происходит считывание данных из порта, а с помощью регистра PORTx происходит запись данных в порт. Программа имеет следующий вид: Пример 2.1. Button #define F_CPU 1000000UL #include <avr/io.h> #include <util/delay.h> int main(void) { DDRB &= -(1«0) ;
PORTB = 0Ы1111111; DDRD = 0Ы1111111; while (1) { if (PINB==OblllllllO) { PORTD = ObOOOOOlll; _delay_ms(500); PORTD = ObOOOOOOOO; _delay_ms(500); } } } В первой строке программы задана частота работы микроконтроллера 1 МГц. Это частота соответствует заводской настройке микроконтроллера. Запустим програм- му на компиляцию Build -> Build Solution. Если программа не содержит ошибок и прошла компиляцию, ее можно загрузить в Протеус. Напомним, что для загрузки программы надо щелкнуть по изображению микросхемы на рис. 2.1 и в открывшемся окне для настройки в строке Program File щелкнуть по кнопке в виде открытой папки, и указать путь к hex-файлу: D:\ProjectsAVR\Button\Debug\Button.hex Теперь можно запустить моделирование, щелкнув внизу слева по треугольнику. Если нажать кнопку на схеме, то начнется мигание светодиодов. Итак, программа работает. Теперь ее надо загрузить в микроконтроллер или, как говорят, надо прошить микроконтроллер. Для прошивки микроконтроллера Atmega8 будем использовать программатор USBASP. Программатор удобно применять совместно с ZIF-панелью, в которую ус- танавливается микроконтроллер. ZIF (Zero Insertion Force — нулевое усилие вставки) — разновидность разъёма, позволяющего устанавливать микросхему с множеством контактов без существенных усилий. Программатор через USB разъем подключается к компьютеру, а ZIF-панель подсоединяется к программатору. Про- грамматор и ZIF-панель показаны на рис. 2.2. Рис. 2.2. Макетная сборка.
1 - ZIF-панель с ISP- разъемом . 2 - Программатор USBASP с ISP и USB разъемами. 3 - Кнопка. 4 - Микроконтроллер Atmega8A. 5 - Два резистора по 430 Ом, соединенные па- раллельно . 6 - Светодиоды. 7 - Подтягивающий резистор 10 кОм. 8 - Блок питания Для работы с программатором USBASP используем программу AVRDUDE. Скачиваем программу из интернета и устанавливаем на компьютер. Подключаем программатор к компьютеру. Начнется автоматический поиск и установка драйвера программато- ра на компьютер. Если этого не произошло, надо скачать драйвер usbasp-win- driver-x86-x64-v3.0.7.zip из интернета, распаковать и установить его. После установки драйвера запускаем файл AVRDUDEPROG.ехе программы AVRDUDE. Открыва- ется окно, показанное на рис. 2.3. it- AVRDUDE_PROG 3.2 (Ё) Program Fuses Automatic programming About Микроконтроллер Калибровочные ячейки генератора На Г ATmegaS ▼ итеретьвсё | Чтение | HEX Flash D: \9_Projects_AVR \Load_AVR \Load_AVR \D ebug\Load_AVR. hex |~7 П рограммирование Ее prom П рограммирование стройки 1рограмматор Порт Верификация Верификация Fuses о прямые ине зерс Чтение Чтение Выберете язык ные Русский ▼ Рис. 2.3. Окно программы AVRDUDE Во вкладке Program устанавливаем для опций следующие значения: Микроконтроллер -> Atmega8; Flash -> указываем путь к файлу LoadAVR.hex: D:\Proj ects_AVR\Load_AVR\Load_AVR\Debug\Load_AVR.hex; Программатор - > usbasp; Fuses: ставим точку около опции «прямые».
Нажимаем на верхнюю кнопку «Чтение». Получаем сообщение «Калибровочные ячейки генератора считаны!». В рамке HEX появляется шестнадцатеричный иденти- фикационный номер микроконтроллера. Щелкаем по кнопке «Стереть все». Получаем сообщение «Кристалл чист». Нажимаем ОК. Поскольку будет использоваться заво- дская настройка микроконтроллера, то конфигурационные биты (фьюзы) микрокон- троллера перенастраивать не надо, и другие вкладки этого окна можно не откры- вать . Щелкаем по верхней клавише Программирование. Получаем сообщение: «Сброс Lock битов... ОК! Очистка Flash... OK! Программирование Flash... OK! Верификация Flash... OK!» Нажимаем ОК. Процесс прошивки микроконтроллера закончен. Вынимаем микрокон- троллер из ZIF-панели и устанавливаем на макетную плату, на которой собирает- ся вся схема. Микроконтроллер можно и не снимать с ZIF-панели, поскольку она имеет выводы, соответствующие выводам микроконтроллера. Далее собираем схему на макетной плате. Следует иметь в виду, что располо- жение выводов микроконтроллера в Протеусе может не совпадать с расположением выводов реальной микросхемы. Поэтому при сборке реального образца надо ориен- тироваться не на Протеус, а на чертеж реальной микросхемы из даташита. Чертеж микросхемы Atmega8A из даташита приведен на рис. 2.4. (RESET) РС6 П (RXD) PD0 П (TXD) PD1 П (INTO) PD2 П (INT1)PD3n (ХСКЯО) PD4 П vccq (XTAL1AT0SC1)PB6n (ХТА1_2Я05С2) РВ7 П (T1)PD5n (AINO) PD6 П (AIN1)PD7n (1СР1)РВ0П ~ 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 Щ 21 20 19 18 17 16 15 □ РС5 (ADC5/SCL) Ь РС4 (ADC4/SDA) □ РСЗ (ADC3) Ь РС2 (ADC2) ПРС1 (ADC1) П РСО (ADC0) DGND DAREF □ AVCC П РВ5 (SCK) Ь РВ4 (MISO) П РВЗ (MOSI/OC2) □ PB2(SS/OC1B) П РВ1 (ОС1А) Рис. 2.4. Расположение контактов для микроконтроллера Atmega8A На- пряжение на микроконтроллер подается от источника питания постоянно- го тока. Вывод (+5 В) источника питания подключается к контакту VCC (контакт 7) микроконтроллера, а вывод СОМ подключается к контакту GND (контакт 8) микроконтроллера. Подключение к микроконтроллеру одноразрядного семисегментного индикатора Рассмотрим подключение к микроконтроллеру AVR одноразрядного семисегментно- го индикатора, показанного на рис. 2.5а. Индикатор состоит из семи сегментов и точки. Сегменты представляют собой светодиоды, зажигая которые в определен- ном порядке, можно получить изображения цифр от 0 до 9. Светодиоды соединяют- ся между собой одноименными выводами (анодами или катодами). Поэтому семисег-
ментные индикаторы подразделяются на индикаторы с общим анодом и общим като- дом (рис. 2.5т1). Обозначения сегментов индикатора показаны на рис. 2.56. Каж- дому сегменту соответствует определенный вывод индикатора (рис. 2.5в). Всего выводов на индикаторе - десять. Номера выводов семисегментного индикатора и соответствующие этим выводам буквенные обозначения сегментов приведены в таб- лице 2 .1 Таблица 2.1 Вывод индикатора 1 2 4 5 6 7 9 10 Буквенное обозначение е d с dp Ь а f 8 Чтобы засветить цифру 1 индикатора с общим катодом, необходимо на общий ка- тод подать (-) г а на контакты 4 и 6, которым соответствуют сегменты «с» и «Ь», подать (+) источника питания. Если применяется общий анод, то, наоборот, на общий анод надо подать ( + ) , а на выводы 4 и 6 подать (-) источника пита- ния. О 7 а о б о 4 жжжжжжжж о 6 1 о 9 6 10 о 5 Т Общий анод е VSZSZ3ZSZ3Z3Z3Z g dp оооооооо 7 6 4 2 1 9 10 5 Г) Рис. 2.5. Одноразрядный семисегментный индикатор.
Смоделируем в Протеусе подключение семисегментного индикатора к порту D. Все светодиоды подключаются к выводам микроконтроллера через отдельные рези- сторы сопротивлением 300 Ом (рис. 2.6). Семисегментный индикатор в Протеусе находится в категории Optoelectronics. Ниже в подкатегории (Sub-category) следует щелкнуть по строке 7-Segment Displays. После этого в окне результатов (Results) выбрать одноразрядный семисегментный индикатор 7SEG-MPX1-CC с общим катодом. Соответствие выводов порта D и сегментов индикатора на схеме в Про- теусе определяется следующим образом: PD0 -> a; PD1 -> b; PD2 -> с; PD3 -> d; PD4 -> е; PD5 -> f; PD6 -> g; PD7 -> dp. File Edit View Tool Design Graph Debug Library Template System Help о^у<я t2 г в«w?i a-i о on; + +ччЧ:ч Чь a ^ Schematic Capture X Q О DEVICES 7SEG-MPX1-CC ATMEGAS U1 PB0/ICP1 PB1/OC1A PB2/SS/OC1B PB3/MOSI/OC2 PB4/MISO PB5/SCK PB6/TOSC1/XTAL1 PB7m)SC2/XTAL2 ADC6 ADC7 AREF AVCC ATMEGA8 PC0/ADC0 PC1/ADC1 PC2/ADC2 PC3/ADC3 PC4/ADC4/SDA PC5/ADC5/SCL PC6/RESET PDO/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4H"0/XCK PD5/T1 PD6/AIN0 PD7/AIN1 !► II О 5 Messaged) |BaseDesgfi - | ANIMATING: 00 00 25 O5C-OO0 (CPU load 54 1100 0 Рис. 2.6. Схема соединений для семисегментного индикатора. Теперь напишем код программы. Программу будем писать в Microchip Studio. Присвоим имя новому проекту Seven. Сначала настраиваем порт D на выход. Для отображения единицы задействуются сегменты «Ь» и «с», выводы которых подклю- чены к PD1 и PD2. Поэтому соответствующие биты регистра PORTD нужно устано- вить в единицу. Пример 2.2. Sevenl #define F_CPU 10000ОOUL #include <avr/io.h>
int main(void) { DDRD = 0Ы1111111; // задаем работу порта D на выход while (1) { PORTD = ObOOOOOllO; // отображение «1» на индикаторе } } После компиляции кода и загрузки в Протеус файла Seven.hex увидим 1 на се- мисегментном индикаторе (рис. 2.6). Немного усложним задачу. Напишем программу, в которой цифры в индикаторе будут возрастать от 0 до 9 и затем уменьшаться от 9 до 0. Вначале создадим массив из двоичных чисел, соответствующих цифрам семисегментного индикатора с общим катодом. Чтобы засветить цифру 0, надо подать (+) на сегменты индикато- ра: а, Ь, с, d, e, f. Этим сегментам соответствуют выводы (биты) порта D: О, 1 , 2, 3 , 4, 5. Следовательно, чтобы получить на индикаторе цифру 0, надо за- писать в порт D двоичное число ObOOllllll. Соответственно для цифр от 1 до 9 получим следующие двоичные числа: 1 - ObOOOOOllO; 2 - ObOlOllOll; 3 - ObOlOOllll; 4 - ObOllOOllO; 5 - ObOllOllOl; 6 - ObOlllllOl; 7 - ObOOOOOlll; 8 - ObOlllllll; 9 - ObOllOllll. Таким образом, массив из двоичных чисел, соответствующих цифрам индикатора от 0 до 9, запишется следующим образом: int figures[10] = {ObOOllllll, ObOOOOOllO, ObOlOllOll, ObOlOOllll, ObOllOOllO, ObOllOllOl, ObOlllllOl, ObOOOOOOlll, ObOlllllll, ObOllOllll} Для записи этого массива можно также применить шестнадцатеричные числа: int figures[10] = {0x3f, 0x6, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x7, 0x7f, 0x6f} Такая запись короче, но менее наглядна. Если применяется семисегментный индикатор с общим анодом, то двоичное число нужно инвертировать - вместо нулей записать единицы, а вместо единиц нули. Окончательно программа для семисегментного индикатора будет иметь вид: Пример 2.3. Seven2 #define F_CPU 1000000UL #include <avr/io.h> #include <util/delay.h> int figures[10] = {0x3f, 0x6, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x7, 0x7f, 0x6f}; int z ; int main (void) { DDRD = 0Ы1111111; while (1) { for (z=0; z<=9; z++) // возрастание цифр от 0 до 9 { _delay_ms(300);
PORTD = figures[z]; } for (z=9; z>=0; z--) // уменьшение цифр от 9 до О { _delay_ms(300); PORTD = figures[z]; } После загрузки в Протеус файла Seven.hex и запуска моделирования можем на- блюдать на семисегментном индикаторе последовательную смену цифр от 0 до 9 и обратно. Управление таймер-счетчиком С помощью таймер-счетчика можно отсчитывать заданные отрезки времени, через которые микроконтроллер будет выполнять определенные операции, например, за- пускать и останавливать внешние устройства. У микроконтроллера Atmega8 имеет- ся три таймер-счетчика: нулевой, первый и второй. Регистр нулевого таймер- счетчика представляет собой восьмибитную ячейку памяти и называется TCNT0 (2.7а). Timer/Counter Register-TCNTO Bit б о TCNT0[7:0] Read/Write R/W Initial Value 0 R/W 0 R/W 0 R/W 0 R/W 0 R/W 0 R/W 0 R/W 0 a) Bit 0 CS02 CS01 CSOO Read/Write R nitial Value 0 R 0 R 0 R 0 R 0 R/W 0 R/W 0 R/W 0 6) Table 34. Clock Select Bit Description CS02 0 0 0 0 1 1 1 1 CS01 0 0 1 1 0 0 1 1 CSOO 0 1 0 1 0 1 0 1 Description No clock source (Timer/Counter stopped) clknyo (No prescaling) clknyo/e (From prescaler) cl^/o/64 (From prescaler) cl^/o/256 (From prescaler) cl^/o/1024 (From prescaler) External clock source on TO pin. Clock on falling edge External clock source on TO pin. Clock on rising edge в) Рис. 2.7. Регистры таймер-счетчика 0, В регистр TCNT0 с каждым тактом микроконтроллера дописывается единица до тех пор, пока не наступит переполнение регистра. Максимальное число, которое можно записать в восьмибитный регистр, равно 255. Тактовая частота микрокон- троллера Atmega8 по умолчанию составляет f = 1000000 Гц. На один такт прихо-
дится Т = 1/f = 1/1000000 доля секунды или одна микросекунда. Таким образом, переполнение регистра наступит через 255 мкс. После чего регистр сбросится в 0. Итак, таймер-счетчик0 может отслеживать промежутки времени не более 255 мкс. Чтобы увеличить этот временной отрезок, необходимо уменьшить частоту. У микроконтроллера Atmega8 есть встроенные делители частоты, которые задаются регистром TCCR0 (рис. 2.76). За установку коэффициента делителя частоты отве- чают три начальных бита регистра: CS00, CS01, CS02. На 2. 7в указаны значения коэффициентов (0, 8, 64, 256, 1024) и поясняется, как надо задать биты, чтобы получить указанные коэффициенты делителя. Например, чтобы разделить частоту на 1024, необходимо в бит CS00 записать 1, в бит CS01 записать 0 и в бит CS02 записать 1. Записать эти значения можно с помощью команды: TCCR0 =0Ь00000101; Или это можно записать с помощь побитовых операций: TCCR0 | = (1«0) | (1«2) ; TCCR0 &=-(1«1) ; Поскольку нулевой, первый и второй биты имеют свои названия, то операцию задания значений в битах можно записать таким образом: TCCR0 | = (1«CS00) | (l«CS02) ; TCCR0 &=-(l«CS01); При выбранном коэффициенте 1024, максимальное значение времени, которое можно записать в регистр TCNT0, будет равно tmax = 255*1024/1000000 = 0,26 с Напишем программу, работающую по следующему алгоритму. Когда регистр TCNT0 заполнится наполовину, т.е. получит значение 128, будут засвечиваться 1, 3, 5, 7 светодиоды линейки из восьми светодиодов, и когда регистр заполнится полностью, т.е. получит значение 255, будут засвечиваться 2, 4, 6, 8 свето- диоды. Писать программу будем в Microchip Studio. Назовем новый проект Timer. Пример 2.4. Timerl #define F_CPU 1000000UL #include <avr/io.h> int main(void) { DDRD = 0Ы1111111; PORTD = ObOOOOOOOO; TCNT0 = ObOOOOOOOO; // обнуляем таймер/счетчик TCCR0 | = (1«CS00) | (1«CS02) ; TCCR0 &=^ (l«CS01) ; // устанавливаем коэффициент // деления частоты - 1024 и запускаем таймер/счетчик while (1) { if (TCNT0 == 128) PORTD = ObOlOlOlOl; if (TCNT0 == 255) PORTD = 0Ы0101010; } } Переключение светодиодов в программе происходит через 0,13 сек. Чтобы уве- личить промежуток времени между переключениями светодиодов, будем переключать их через несколько циклов заполнения таймера. Для этого введем дополнительную переменную z, которая будет отслеживать несколько циклов переполнения тайме-
pa, например, 3. Программа примет следующий вид: Пример 2.5. Timer2 #define F_CPU 10000ОOUL #include <avr/io.h> int z=l; int main(void) { DDRD = 0Ы1111111; PORTD = ObOOOOOOOO; TCNTO = ObOOOOOOOO; // обнуляем таймер/счетчик (1«CS02) ; // устанавливаем коэффициент // деления частоты - 1024 и запускаем таймер/счетчик while (1) { if (TCNTO == 255) z++; if (z<=3) PORTD = 0Ы0101010, if (z>3 && z<=6) PORTD = ObOlOlOlOl, if (z==6) z=l; TCCR0 | = (1«CS00) | TCCR0 &=~ (1«CS01) // засвечивание четных светодиодов // засвечивание нечетных светодиодов } Для моделирования в Протеусе создадим проект Timer с линейкой светодиодов (рис. 2.8). File Edit Vie.\ Tccl Design Graph Debug Library Template S, stem Help £ Schematic Capture X Base Design + + ,t / a о о A TERMINALS DEFAULT If.PHT OUTPUT BiDIR PO'.VER fa:>lll?lil CH^ss DtTJ '-IL U1 -M PB0-ICP1 PB1££tA pbzssocib PB3-'MCSlOC2 PB4.-MISO PB5-SCK PBftTOSCt OCTAL 1 PB7.TOSC2XTAL2 АОСв ADC7 AREF AVCC !► II О 11 Messag Root sheet 1 PC0.ADC0 PCI.'ADC 1 PC2AOC2 PC3-ADC3 PC4AOC43DA PCS-AOCVSCL PCe-RlSET PD0.RXD P01TXD PD2WT0 PDilNTI PC4TQXCK РОУГ1 POflAINO P07AIS1 R6 ♦3000 0 •1500 0 th Рис. 2.8. Схема соединений для проекта Timer.
Управление внешними прерываниями Под прерыванием понимается прекращение выполнения основного кода программы и переход на выполнение вспомогательного кода. После выполнения вспомогатель- ного кода происходит возврат в то место программы, откуда началось выполнение вспомогательного кода. Далее продолжается выполнение основного кода програм- мы. Работу с прерываниями необходимо начинать с подключения библиотеки преры- ваний с помощью команды: include <avr/interrupts.h> Прерывания делятся на внутренние и внешние. Внешние прерывания осуществля- ются по внешнему сигналу, который поступает на определенные выводы микрокон- троллера. К внутренним прерываниям относятся, например, прерывания по таймер- счетчику . Выясним, на какие выводы должен поступать внешний сигнал. Открываем даташит на Atmega8 и находим подзаголовок «Interrupts» (прерывания). После щелчка левой кнопкой мыши по этому подзаголовку откроется таблица векторов прерываний, как показано рис. 2.9. Table 18. Reset and Interrupt Vectors Vector No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 Program Address 0x000 0x001 0x002 0x003 0x004 0x005 0x006 0x007 0x008 0x009 0x00a 0x00b 0x00c OxOOd OxOOe OxOOf 0x010 0x011 0x012 Source RESET INTO INT1 TIMER2 COMP TIMER2 OVF TIMER1 CAPT TIMER1 COMPA TIMER1 COMPB TIMER1 OVF TIMER0 OVF SPI, STC USART, RXC USART, UDRE USART, TXC ADC ЕЕ RDY ANA COMP TWI SPM RDY Interrupt Definition External Pin, Power-on Reset, Brown-out Reset, and Watchdog Reset External Interrupt Request 0 External Interrupt Request 1 Timer/Counter2 Compare Match Timer/Counter2 Overflow Timer/Counterl Capture Event Timer/Counterl Compare Match A Timer/Counterl Compare Match В Timer/Counterl Overflow Timer/CounterO Overflow Serial Transfer Complete USART, Rx Complete USART Data Register Empty USART, Tx Complete ADC Conversion Complete EEPROM Ready Analog Comparator Two-wire Serial Interface Store Program Memory Ready Рис. 2.9. Таблица векторов прерываний. Из таблицы следует, что за внешние прерывания (External Interrupts) отвеча- ют векторы 2 (INTO) и 3 (INT1). Открываем чертеж корпуса микроконтроллера Atmega8 (рис. 2.4) с расположением выводов и находим, что INTO соответствует выводу 4 (PD2) и INT1 соответствует выводу 5 (PD3). По умолчанию внешние прерывания отключены. Чтобы их подключить, надо выпол- нить настройки в регистре General Interrupts Control Register (GICR - общий регистр управления прерываниями). Находим описание этого регистра в подразде- ле External Interrupts (рис. 2.10а). Векторы прерываний размещаются в шестом
(INTO) и седьмом (INT1) битах. Задавая 1 в этих битах, мы настраиваем микро- контроллер на работу с внешними прерываниями: GICR = 0Ы1000000; Далее необходимо задать условие срабатывания, т.е. при каком изменении внешнего сигнала будет срабатывать микроконтроллер: от спада, роста или изме- нения уровня сигнала. Чтобы настроить режим прерывания по спаду или росту фронта сигнала заходим в раздел «External Interrupts» и находим там «MCU Control Register - MCUCR» - регистр управления микроконтроллером, показанный на рис. 2.106. General Interrupt Control Register- GICR INT1 INTO IVSEL IVCE GICR Read'Write Initial Value R/W 0 RM 0 R 0 R 0 R P R 0 RAV 0 R\\ 0 MCU Control Register -MCUCR a) Bit Re ad/Write Initial Value SE SM2 SM1 SMO ISC 11 ISC 10 ISC01 ISC00 MCUCR R/W 0 R/W 0 RAY 0 R/W 0 6) R/W 0 R/W 0 R/W 0 R/W 0 Table 31. Interrupt 1 Sense Control ISCllI 0 0 1 1 1 ISClOl 0 1 0 1 1 Description The low level of INTl generates an interrupt request Any logical change on INTl generates an interrupt request The falling edge of INTl generates an interrupt request The rising edge of INTl generates an interrupt request в) Table 32. Interrupt 0 Sense Control liscoi 0 0 1 1 ISC00 0 1 0 1 Description The low level of INTO generates an interrupt request Any logical change on INTO generates an interrupt request The falling edge of INTO generates an interrupt request The rising edge of INTO generates an interrupt request 1-) Рис. 2.10. Установки регистров GICR и MCUCR. Настройка данного регистра осуществляется по четырем начальным битам. Нуле- вой (ISC00) и первый (ISC01) биты относятся к вектору прерываний INTO. Второй (ISC10) и третий (ISC11) биты относятся к вектору прерываний INT1. Рассмотрим настройку вектора INTO (рис. 2.Юг). Если в нулевой и первый биты записать нули, то запрос прерывания генерирует низкий уровень сигнала (первая строка таблицы). Если в нулевой бит записать 1 и в первый бит записать 0, то запрос прерывания генерирует любое изменение сигнала (вторая строка таблицы). Если в нулевой бит записать 0 и в первый бит записать 1, то запрос прерывания гене- рирует спад сигнала (третья строка таблицы). Если в нулевой бит записать 1 и в первый бит записать 1, то запрос прерывания генерирует возрастание сигнала (четвертая строка таблицы). Настройка вектора INT1 происходит аналогично. Чтобы не усложнять программу, будем работать только с четвертым выводом
контроллера INTO и поскольку к этому выводу будет подключена кнопка, при на- жатии которой на вывод 4 будет подаваться низкий уровень сигнала, то необхо- димо запрос прерывания генерировать по спаду сигнала, т.е. в нулевой бит надо записать 0, а в первый бит записать 1: MCUCR = ОЬООООООЮ; И, наконец, чтобы разрешить глобальные прерывания, необходимо выполнить на- стройки регистра Status Register (SREG). В седьмой бит этого регистра надо записать 1. Но в Microchip Studio 7 для разрешения глобальных прерываний предпочтительней использовать команду sei () (сокращенное от set interrupt). Создадим в Протеусе проект Interrupts и соберем следующую схему. К выводам порта С: РСО, РС1, РС2, РСЗ, РС4, РС5 подключим шесть светодиодов (рис. 2.11). Настроим все выводы порта С на выход: DDRD = 0Ы111111; Порт С неполный, имеет семь выводов, поэтому заполняем только семь бит. К выводу PD2 порта D подключим кнопку. Поскольку вывод PD2 соответствует прерыванию INTO, то с помощью кнопки будем инициализировать внешнее прерыва- ние. Второй вывод кнопки подключим к земле. К выводу PD0 порта D подключим светодиод D7. Вывод PD0 настроим на выход, а остальные выводы, в том числе PD2, настроим на вход. Подключим вывод PD2 через внутренний подтягивающий ре- зистор к (+) источника питания, т.е. запишем 1 на выводе PD2, на остальных выводах порта D установим нули: DDRD = ObOOOOOOOl; PORTD = ОЬОООООЮО; File Edit View Tool Design Graph Debug Library Template System Help .□6H4lfflJ#«ii@-ll0 :Ш Ш I + I + a "? с? ш % ffl ■ з ш ш ш: ч ч± & j> a i 0 £ Schem^ic Captive X + Щ DEFAULT INPUT OUTPUT BIDIR POWER [eiMimii] CHASSIS DYNAMIC BUS NC U1 12" 13" 14' 15i 17' 7" 19 22 20 18 PB0/ICP1 РВ1ЮС1А PB2/SS/OC1B PB3/MOSI/OC2 PB4/MISO PB5/SCK PB6fl"OSC1/XTAL1 PB7/TOSC2/XTAL2 ADC6 ADC7 AREF AVCC ATMEGA8 г-Ы" PCO/ADCO PC1/ADC1 PC2/ADC2 PC3/ADC3 PC4/ADC4/SDA PC5/ADC5/SCL ■23 ■24 '25 ■ 26 D1 Ф-1 D2 m ^3 D3 ► !► II О 5 Message(s) Base Design ANIMATING; 00:00 15.800000 (CPU load 6%) +3000.0 -2100.0 th Рис. 2.11. Схема соединений для изучения прерываний.
Функция прерывания вызывается подпрограммой ISR(INTO_vect); За этим заго- ловком в фигурных скобках располагается тело подпрограммы ISR(INTOvect), в котором пишется код вспомогательной программы, вызываемой по прерыванию. За- пишем в теле функции ISR в качестве программы, вызываемой по прерыванию, ми- гание светодиодом D7: int z ; ISR(INTO_vect) { for (z=l; z<=5; z++) { PORTD |= (1«0) ; _delay_ms(300); PORTD &=-(l«0) ; _delay_ms(300); } } Теперь напишем полностью программу, работающую по следующему алгоритму. Светодиоды с 1 по 6 засвечиваются последовательно через 500 мс. При нажатии кнопки этот процесс прерывается и начинает пять раз мигать све- тодиод D7. После этого происходит возврат программы к основному коду и про- должается мигание линейки из шести светодиодов с того места, где произошло прерывание. Пример 2.6. Interrupts #define F_CPU 1000000UL #include <avr/io.h> #include <util/delay.h> #include <avr/interrupt.h> int z ; ISR(INT0_vect) { for (z=l; z<=5; z++) { PORTD |= (1«0) ; _delay_ms(300); PORTD &=-(l«0) ; _delay_ms(300); } } int main(void) { GICR = 0Ы1000000; MCUCR = ObOOOOOOlO; sei () ; DDRC = 0Ы111111; DDRD |= (1«0) ; PORTD = ObOOOOOlOO; while (1) { PORTC = ObOOOOOOO;
_delay_ms(500); PORTC = ObOOOOOOl; _delay_ms(500); PORTC = ObOOOOOll; _delay_ms(500); PORTC = ObOOOOlll; _delay_ms(500); PORTC = ObOOOllll; _delay_ms(500); PORTC = ObOOlllll; _delay_ms(500); PORTC = ObOllllll; _delay_ms(500); } } Создадим в Microchip Studio проект Interrupts и наберем код программы (при- мер 2.6). После отладки программы загрузим в Протеус файл Interrupts.hex. За- пустим моделирование. Начинают последовательно засвечиваться светодиоды с 1 по 6. Предположим, кнопка нажимается в момент засвечивания четвертого свето- диода. При этом программа перескочит на вспомогательный код и будет пять раз мигать светодиод D7. После этого произойдет возврат к основному коду и про- должится засвечивание светодиодов основной линейки, начиная с пятого свето- диода. ГЛАВА 3. ПРИМЕРЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ 8 - РАЗРЯДНОГО МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ PIC 3.1 Подключение к микроконтроллеру двух кнопок Создадим в Протеусе проект Button_2 и разместим его в папке Proj- ects_Proteus. Соберем схему для моделирования работы двух кнопок, показанную на рис. 3.1. В схеме использованы: восьмибитный микроконтроллер PIC18F2220, две линейки по четыре светодиода и две кнопки. Микроконтроллер PIC18F2220 имеет три восьмибитных порта: А, В, С. Левая линейка светодиодов через рези- сторы 220 Ом подключена к выводам порта В, правая линейка через аналогичные резисторы подключена к выводам порта С. Кнопки подключены к нулевому и перво- му выводам порта С. Чтобы на нулевом и первом выводах порта С установилась логическая 1, эти выводы через подтягивающие резисторы сопротивлением 10 кОм соединены с источником напряжения +5 вольт. При замыкании левой кнопки начи- нают одновременно мигать левые светодиоды, при замыкании правой кнопки начи- нают одновременно мигать правые светодиоды. Если нажать на точку справа от кнопки, то кнопка остается в замкнутом состоянии. Если замкнуть обе кнопки, то левая и правая линейки мигают попеременно. Запускаем MPLAB X IDE и создаем одноименный проект Button_2 и располагаем его в папке D:\Projects_PIC. В дереве проектов щелкаем правой кнопкой мыши по строке Source Files и выбираем опции: Source Files —> New —> main.с. В поя- вившемся окне исправляем newmain на main и щелкаем Finish. В окне редактора появляется начальный код файла main.с. Если теперь запустить файл на компиля- цию (нажать на молоток), то компиляция выполнится, и сообщение BUILD SUCCESSFUL будет выдано, но одновременно будет выдано множество предупрежде-
ний о том, что не установлены конфигурационные биты. Поэтому щелкаем Window - > Target Memory Views -> Configuration Bits и устанавливаем конфигурационные биты в области IV интерфейсного окна. На рис. 3.2 показано, как надо устано- вить конфигурационные биты для создаваемой программы. Треугольниками слева помечены биты, значения которых были изменены. Остальные биты оставлены по умолчанию. D5 D6 R5 Н^ч^1-1 D8 |—П—I U1 RA0/AN0/C1IN- RA1.AN1/C2IN- RA2,'AN2.'C2lN+.VREr-.' RC0/T1OSOT1CKI RC1/T10SI/CCP2A Л/REF RC2.'CCP1/P1A RA3.'AN3;'C1IN+.VREF + RA4.T0CKl£ClO'JT RA5.AN4,'SS.LVDIN:C20UT RA6/CSC2/CLKO RA7-;CSCrCLKI RB0AN12.1NTC RB:.AN10-'INT1 RB2.AN&/INT2 RB3.AN9/CCP2B RB4.AN1VKBI0 RB5.'KBI1/PGM RB6.KBI2/PGC RB7/KBI3/PGD RC3/SCK'SCL RC4'SDI.;SDA RC5/SD0 RC6/TX,'"CK RC7/RX'CT RE3'MCLR>VPP = iC18- Рис. 3.1. Схема соединений для проекта с двумя кнопками. Output Configuration Bits s 4l Па J * Men Address A± 300001 ik Ak H 300002 300003 300005 AJL Ak 300006 300008 300009 30000A 30000B 300Q0C 30000D В Name Value C0NFIG1H OS C0NFIG2L 0E C0NFIG2H IF CONFIG3H 01 CONFIG4L 35 C0NFIG5L OF C0NFIG5H CO C0NFIG6L OF CONFIG6H E0 CONFIG7L OF CONFIG7H 40 Field OSC FSCM IESO PWRT BOR BCRV WDT WDTPS CCP2MX PBAD MCLRE STVR LVP CP0 CP1 СРВ CPD WRT0 WRT1 WRTC WRTB WRTD EBTR0 EBTR1 EBTRB Option INTI02 OFF OFF ON ON 20 ON 3276S ON DIG [OFF ON ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF Category Oscillator Selection bits Setting Internal RC oscillator, port function on R Fail-Safe Clock Monitor Enable bit Fail-Safe Clock Monitor disabled Internal/External Switchover bit Power-up Timer enable bit Brown-out Reset enable bit Brown-out Reset Voltage bits Watchdog Timer Enable bit Watchdog Timer Postscale Select CCP2 MUX bit PORTB A/D Enable bit ^jMCLR Pin Enable bit Stack Full/Underflow Reset Enabl Single-Supply ICSP Enable bit Code Protection bit Code Protection bit Boot Block Code Protection bit Data EEPROM Code Protection bit Write Protection bit Write Protection bit Internal/External Switchover mode disabled FWRT enabled Brown-out Reset enabled VBOR set to 2.0V WDT enabled bits 1:32768 CCP2 input/output is multiplexed with RC1 PORTB<4:0> pins are configured аз digital [MCLR disabled; RE3 input is enabled in 40- e bit Stack full/underflow will cause Reset Single-Supply ICSP enabled Block 0 (000200-0007FFh) not code-protecte Block 1 (OOOSOO-OOOFFFh) not code-protecte Boot block (OOOOOO-OOOlFFh) is not code-pr Data EEPROM is not code-protected Block 0 (000200-0007FFh) not write-protect Block 1 (OOOSOO-OOOFFFh) not write-protect Configuration Register Write Protection bit Configuration registers (300000-3000FFh) a Boot Block Write Protection bit Data EEPROM Write Protection bit Table Read Protection bit Table Read Protection bit Boot Block Table Read Protection Boot block (OOOOOO-OOOlFFh) is not write-p Data EEPROM is not write-protected Block 0 (000200-0007FFh) not protected fro Block 1 (OOOSOO-OOOFFFh) not protected fro bit Boot block (OOOOOO-OOOlFFh) is not protect 4 югу Configurator) Bits ▼ Format Read/Write m w . Generate Source Code to Output | ► (23) | n:i | INS Рис. 3.2. Таблица с конфигурационными битами.
Микроконтроллер PIC18F2220 имеет 11 регистров для задания конфигурационных бит: C0NFIG1H, C0NFIG2L, C0NFIG2H, C0NFIG3H, C0NFIG4L, C0NFIG5L, C0NFIG5H, C0NFIG6L, C0NFIG6H, C0NFIG7L, C0NFIG7H. (Напомним, что микроконтроллеры се- мейства PIC16F1 имели только два 14-разрядных слова C0NFIG1 и C0NFIG2). Рас- смотрим назначение некоторых конфигурационных бит. Регистр C0NFIG1H: - INTI02 (Oscillator Selection bits) - выбор типа тактирующего генератора. Установленное значение INTI02 показывает, что используется внутренний RC (ре- зистивно-емкостной) генератор, подключенный к выводам RA6, RA7. REGISTER 2-2: OSCCON REGISTER R/W-0 R/W-0 R/W-0 R/W-0 R(1) R-0 R/W-0 R/W-0 IDLEN IRCF2 IRCF1 IRCFO OSTS IOFS SCSI SCSO bit 7 bit 0 bit 7 |1 = Idle mode enabled; CPU core is not clocked in power managed modes 0 = Run mode enabled; CPU core is clocked in power managed modes IDLEN: Idle Enable bit IRCF2:IRCFO: Internal Oscillator Frequency Select bits 111 = 8 MHz (8 MHz source drives clock directly) 110 = 4 MHz 101 = 2 MHz bit 6-4 100 - 1 MHz Oil = 500 kHz 010 = 250 kHz 001 = 125 kHz |000 = 31 kHz (INTRC source drives clock directly) m~ OSTS: Oscillator Start-up Time-out Status bit bit3 |1 = Oscillator start-up time-out timer has expired; primary oscillator is running |0 = Oscillator start-up time-out timer is running; primary oscillator is not ready IOFS: INTOSC Frequency Stable bit bit 2 1 = INTOSC frequency is stable 0 = INTOSC frequency is not stable SCSI:SCSO: System Clock Select bits bit 1-0 lx = Internal oscillator block (RC modes) 01 = Timer! oscillator (Secondary modes) ттг 00 = Primary oscillator (Sleep and PRIIDLE modes) Note 1: Depends on state of IESO bit in Configuration Register 1H. Note 2: SCSO may not be set while T10SCEN (T1C0N<3>) is clear. Legend: R = Readable bit m = Writable bit p = Unimplemented bit, read as f0f n = Value at POR 1f = Bit is set 0f = Bit is cleared x = Bit is unknown Рис. 3.3. Регистр OSCCON. При задании работы микроконтроллера от внутреннего генератора в программу надо включить строку со значениями регистра OSCCON (OSCillator CONsole). Для
работы микроконтроллера PIC18F2220 на частоте 8 МГц надо установить следующее значение регистра: OSCCON = ОЬОШОНО; в нулевой, третий и седьмой биты регистра записаны нули, а в остальные биты регистра записаны 1. Назначение отдельных бит регистра и установленных в них нулей и единиц можно найти в даташите на микроконтроллер PIC18F2220 (рис. 3.3) . Вместо двоичного числа ОЬОШОНО в регистр OSCCON можно записать шестна- дцатеричное число 0x76. Продолжим рассмотрение регистра CONFIG1H: - FSCM (Fale-Safe Clock Monitor Enable bit) - монитор отказоустойчивой ра- боты генератора. Позволяет устройству переключаться на внутренний генератор при выходе из строя внешнего генератора. - IE SO (Internal/External Switchover bit) - бит разрешения на переключение внешнего генератора на внутренний. Регистр CONFIG2L: - PWRT (Power-up Timer enable bit) - обеспечение задержки запуска процессо- ра после подачи питания на микроконтроллер. Это делается с целью достижения стабильных параметров источника питания после включения, чтобы предотвратить неустойчивую работу микроконтроллера в первые моменты времени. - BOR (Brown-out Reset enable bit) - при падении питающего напряжения мень- ше допустимого значения возможна неустойчивая работа микроконтроллера и сбой выполнения программы. При установке параметра в состояние Enable при падении напряжения меньше допустимого происходит сброс микроконтроллера и перезапуск программы. - BORV (Brown-out Reset Voltage bit) - установка значения, при котором про- исходит сброс микроконтроллера, например, #pragma config BORV = 46 // Brown out voltage = 4.6V #pragma config BORV = 43 // Brown out voltage = 4.3V #pragma config BORV = 28 // Brown out voltage = 2.8V #pragma config BORV = 20 // Brown out voltage = 2.0V Регистр CONFIG2H: - WDT (Watchdog Timer Enable bit) - сторожевой таймер. Этот таймер следит за тем, чтобы процессор не попадал в бесконечный цикл. При нормальной работе микроконтроллера этот таймер периодически сбрасывается до наступления его пе- реполнения. При установке таймера в режим Enable при переполнении таймера происходит автоматический перезапуск процессора без участия пользователя. - WDTPS 32768 (Watchdog Timer Postscale Select bit) - выбор значения пере- полнения таймера. Регистр CONFIG3H: - ССР2 (Capture/Compare/PWM) - переключение назначения вывода ССР2 (RC1). Опция по умолчанию - RC1 (ССР2МХ = 1 (On)). Если бит равен 0 (Off), CCP2 бу- дет мультиплексирован с RB3. Термин мультиплексирование означает в данном случае переназначение вывода. #pragma config CCP2MX = OFF //CCP2 input/output is multiplexed with RB3 #pragma config CCP2MX = ON II CCP2 input/output is multiplexed with RC1 - PBAD (PORTB A/D Enable bit) - переключение выводов 0...4 PORTB с цифровых входов/выходов на аналоговые входы. - MCLRE (MCLR Pin Enable bit) - переназначение вывода MCLR (RCE3) . Вывод MCLR {Master Clear (Reset) ) используется для внешнего сброса микроконтролле- ра. Сброс обеспечивается при подаче на вывод низкого потенциала. Если MCLR
отключить, то вывод будет выполнять функцию цифрового входа RE3. Чтобы отклю- чить вывод MCLR, надо установить значение MCLRE = OFF. #pragma config MCLRE = OFF // MCLR Disabled #pragma config MCLRE = ON // MCLR Enabled Регистр C0NFIG4L: - LVP (Low Voltage Program) - разрешение режима низковольтного программиро- вания. Если бит активирован (LVP = ON) , то вывод RB5 (PGM) может использо- ваться для низковольтного программирования. Если бит деактивирован (LVP = OFF) , то вывод RB5 выполняет функцию цифрового входа/выхода. В этом случае для программирования Flash памяти на вывод Vpp должно быть подано относитель- но высокое напряжение, примерно 12 В. #pragma config LVP = OFF // Low voltage programming mode OFF #pragma config LVP = ON // Low voltage programming mode ON После установки конфигурационных бит щелкаем внизу по кнопке Generate Source Code to Output. Копируем конфигурационные биты и вставляем их в начало программы в окне редактора. Если теперь запустить на компиляцию программу, то предупреждения об отсутствии конфигурационных бит больше не выводятся. Приступаем к написанию программы. Задаем направление работы портов С и В. Нулевой и первый выводы порта С задаем на вход, остальные шесть выводов - на выход. Первые четыре вывода порта В задаем на выход, т.е. устанавливаем в них 0. TRISC = ОЬООООООН; TRISB &=-( (1«0) | (1«1) | (1«2) | (1«3) ) ; Далее в цикле while (1) проверяем условие нажатия кнопок. Для левой кнопки: if(PORTCbits.RC0==0) Это условие выполняется (имеет значение true), если кнопка нажата. Тогда начинает мигать левая линейка светодиодов. Для этого записываем во все биты порта В сначала единицы, а затем, через задержку, нули. Аналогично для правой кнопки проверяем условие нажатия кнопки: if(PORTCbits.RC1==0) Если условие выполняется, начинает мигать правая линейка светодиодов. Для этого записываем в 4, 5, 6, 7 биты порта С сначала единицы, а потом, через задержку, нули. Отметим, что контроллер PIC18F2220 имеет регистр LATx, поэто- му для записи значений в порт используем регистр LATx, а для считывания зна- чений из порта используем регистр PORTx (использован в условном операторе). Программа имеет следующий вид: // CONFIG1H #pragma config OSC = INTI02 #pragma config FSCM = OFF #pragma config IESO = OFF // CONFIG2L #pragma config PWRT = ON #pragma config BOR = ON #pragma config BORV =20 // CONFIG2H #pragma config WDT = ON #pragma config WDTPS = 32768 // CONFIG3H #pragma config CCP2MX = ON #pragma config PBAD = DIG #pragma config MCLRE = OFF
// C0NFIG4L #pragma config STVR = ON #pragma config LVP = ON // CONFIG5L #pragma config CPO = OFF #pragma config CP1 = OFF // CONFIG5H #pragma config СРВ = OFF #pragma config CPD = OFF // CONFIG6L #pragma config WRTO = OFF #pragma config WRT1 = OFF // CONFIG6H #pragma config WRTC = OFF #pragma config WRTB = OFF #pragma config WRTD = OFF // CONFIG7L #pragma config EBTRO = OFF #pragma config EBTR1 = OFF // CONFIG7H #pragma config EBTRB = OFF #include <xc.h> #define _XTAL_FREQ 8000000 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> void main (void) { TRISC |= (1«0) ; TRISC |= (1«1) ; TRISB &=-((l«0) | (1«1) | (1«2) | (1«3)) ; TRISC &=-((l«4) | (1«5) | (1«6) | (1«7)) ; OSCCON = ObOlllOllO; while (1) { if (PORTCbits.RC0==0) { LATB = 0Ы1111111; delay_ms(300) ; LATB = 0b00000000; delay_ms(300) ; } if (PORTCbits.RC1==0) { LATC | = (1«4) | (1«5) | (1«6) | (1«7) ; delay_ms(300) ; LATC &=-( (1«4) | (1«5) | (1«6) | (1«7) ) ; delay_ms(300) ; } } return; } Видим, что большую часть кода программы занимают конфигурационные биты, и
из-за этого программа становится чересчур длинной и имеет тяжеловесный вид. Уберем конфигурационные биты в заголовочный (header) файл и сделаем код про- граммы более наглядным. Щелкаем правой кнопкой мыши в дереве проектов по строке Header Files и выбираем опции Header Files —> New —> xc8_header.h. В появившемся окне исправляем newxc8_header на button_2 и щелкаем Finish. В об- ласти редактора открывается содержимое заголовочного файла button_2.h. Весь имеющийся здесь текст удаляем и вставляем сюда конфигурационные биты из про- граммы main, с, начиная со строки // C0NFIG1H и заканчивая строкой #pragma config EBTRB = OFF После этого в программу main, с включаем строку с заголовочным файлом #include "button_2.h" Напоминание. Если заголовочный файл не является библиотечным, а создан про- граммистом г то он в директиве #include заключается не в угловые скобки, а в прямые кавычки. Программа main.с приобретает следующий окончательный вид: Пример 3.1. Button 2 #include <xc.h> #include "button_2.h" #define _XTAL_FREQ 8000000 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> void main (void) { TRISC |= (1«0) ; TRISC |= (1«1) ; TRISB &=-((l«0) | (1«1) | (1«2) | (1«3)) ; TRISC &=-((l«4) | (1«5) | (1«6) | (1«7)) ; OSCCON = ObOlllOllO; while (1) { if (PORTCbits.RC0==0) { LATB = 0Ы1111111; delay_ms(300) ; LATB = 0b00000000; delay_ms(300) ; } if (PORTCbits.RCl==0) { LATC | = (1«4) | (1«5) | (1«6) | (1«7) ; delay_ms(300) ; LATC &=-( (1«4) | (1«5) | (1«6) | (1«7) ) ; delay_ms(300); } } return; } Этот код программы имеет более наглядный и короткий вид. Выполняем компиля- цию. В случае успешной компиляции программы получаем сообщение Build Success-
ful. Загружаем в Протеус файл Button_2.X.production.hex, который находится по адресу: D:\Projects_PIC\Button_2.X\dist\default\production\Button_2.X.production.hex Запускаем моделирование, нажимаем кнопки и наблюдаем мигание светодиодов. Подключение к микроконтроллеру силовой нагрузки Максимальный ток, который может протекать через выводы микроконтроллера со- ставляет примерно 25 мА. Чтобы подключить к микроконтроллеру силовую нагруз- ку , через которую протекает существенно больший ток, нужно использовать реле. На рис. 3.4 изображена схема в Протеусе, в которой к выводам RB7 и RC7 микро- контроллера PIC18F2220 подключена силовая нагрузка, но не напрямую, а через реле. В этом случае электрическая цепь подразделяется на первичную управляю- щую цепь, по которой протекают малые токи, и вторичную управляемую цепь, по которой протекают большие токи. -* Relay - Proteus 2 Prc'ess era ■ Schematic Cact^e F.le Edit Vie.-. Tod resign Graph Debug librar, Template S.stem Help J -' A 4 £3 S 0 >4 ></ Ш . -■ ^ О Easel^r '?> N _JJ. Scheme i с CiplL»e X * + Ч -л *. Q О 0ЕИСЕЗ RA0/AN0/C1IN- RC0rT1OSO/T1CK] RA1/AN1/C2IN- RC1/T10SI/CCP2A RA2/AN2/C2IN+/VREF-/CVREFRC2/CCP1/P1A RA3/AN3/C1INWVREF- RyWT0C»$|/C1OUT RA5/AN4/SS/LVDIN/C20UT RA6/OSC2/CLKO RA7/0SC1/CLKI ► !► Рис. 3.4. Схема соединений с подключением к микроконтроллеру си- ловой нагрузки.
Первичная и вторичная цепи электрически не связаны друг с другом, и в таком случае говорят, что между ними существует гальваническая развязка. Первичная цепь состоит из резистора (Resistor) на 10 кОм, транзистора (ВС108), реле (Relay) на 5 В и диода (1N4001) . Для работы реле необходим ток 50... 100 мА, поэтому транзистор выполняет функцию усилителя тока. Диод предохраняет тран- зистор от обратных токов, которые возникают в катушке электромагнитного реле при выключении питания. При подаче питания на катушку электромагнитного реле, сердечник катушки на- магничивается и либо замыкает, либо размыкает контакты вторичной электриче- ской цепи. Итак, чтобы вызвать срабатывание вторичной цепи, надо подать на- пряжение на базу транзистора ВС108 первичной цепи. В нашем случае это означа- ет, что при нажатии на левую кнопку будет вращаться электродвигатель, при на- жатии на правую кнопку загорится лампа. Создадим в MPLAB X IDE проект, который разместим в папке D:\Projects_PIC и назовем Relay. В проекте будет использоваться микроконтроллер PIC18F2220. По- скольку в проекте используется такой же микроконтроллер, как и в предыдущем подразделе, конфигурационные биты настраиваем аналогичным образом. Настройку выходов порта С также оставляем без изменений. Седьмой бит порта В настраива- ем на выход. В цикле while (1) проверяем условие нажатия кнопки. Если левая кнопка нажата, подаем единицу в седьмой бит порта В или, другими словами, по- даем напряжение на срабатывание левого реле. Если правая кнопка нажата, пода- ем единицу в седьмой бит порта С. Оформляем конфигурационные биты в виде заголовочного файла relay.h. Код программы примет следующий вид: Пример 3.2. Relay #include <xc.h> #include "relay.h" #define _XTAL_FREQ 8000000 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> void main (void) { TRISC |=(1 « 0); TRISC |=(1 « 1); TRISB &=-(l«7) ; TRISC &=-(l«7) ; OSCCON = ObOlllOllO; while (1) { if (PORTCbits.RC0==0) LATBbits.LATB7 = 1; else LATBbits.LATB7 = 0; if (PORTCbits.RCl==0) LATCbits.LATC7 = 1; else LATCbits.LATC7 = 0; } return; } После компиляции программы загружаем в Протеус файл Relay.X.production.hex,
который находится по адресу: D:\Projects_PIC\Relay.X\dist\default\production\Relay.X.production.hex. Запускаем моделирование. Амперметр в правой цепи показывает 9,12 А перемен- ного тока, амперметр в левой цепи показывает 0,51 А постоянного тока, что су- щественно превосходит допускаемые токи микроконтроллера. Конфигуратор кода MPLAB Code Configurator (MCC) Конфигуратор кода MCC можно применять только при программировании микрокон- троллеров PIC18 и выше. Изучение МСС проведем на примере разработки программы для регулирования sip- кости свечения светодиода с помощью широтно-импульсной модуляции. Вначале вы- полним схему подключений в Протеусе. К выводу RC1 микроконтроллера PIC18F26K20 через резистор подключим светодиод. Чтобы наблюдать прямоугольную форму импульса, генерируемого микроконтроллером, подключим осциллограф, кото- рый можно найти в Протеусе, кликнув мышкой по выделенному значку в левом вер- тикальном столбце (рис. 3.5). File Edit View Tool Design Graph Debug Library Template System Help шш + + ч ч ч & J Schematic Capture X OSCILLOSCOPE LOGIC ANALYSER COUNTER TIMER VIRTUAL TERMINAL SPI DEBUGGER I2C DEBUGGER SIGNAL GENERATOR PATTERN GEN ERATO LX VOLTMETER DC AMMETER AC VOLTMETER AC AMMETER WATTMETER < г 2 3 4 5 6 7 10 9 21 22 23 24 25 26 27 28 PIC18F26K20 U1 RA07AN07C12IN0- RC07T1OSOm3CKI RA1/AN1/C12IN1- RC"^10Sl/CCP2A RA2/AN2/C2IN+A/REF-/CVREF RC2/CCP1/P1A RA3/AN3/C1IN+yVREF+ RC3/SCK/SCL RA4/T0CKI/C1OUT RC4/SDI/SDA RA5/AN4/SS/HLVDIN/C20UT RC5/SDO RA6/OSC2/CLKO RC6/TX/CK RA7/OSC1/CLKJ RC7/RX/DT RB0/AN^NTG7FLTO RB1/AN1CMNT1/C12IN2-/P1C RB2/ANMNT2/P1B RB3/AN9/CCP2B/C12IN3- RB4/AN11/KBI07P1D RB5/KBI1/PGM RB6;KBI2/PGC RB7/KBI3/PGD RE3/MCLR/VPP 11 12 i АЪ ' 12 14 15 16 17 18 в ^S D R1 i \ 1 Ш I I 220 1 1 1 Ь D1 Щ LEO-YELLOW ► !► О No Messages Base Design ▼ , Root sheet 1 +24000 -7000 th Рис. 3.5. Схема соединений для изучения ШИМ.
После создания схемы соединений запустим MPLAB X IDE и создадим проект, ко- торый назовем PWM. Листинг программы будем создавать с помощью конфигуратора кода MPLAB Code Configurator (MCC). Конфигуратор кода MPLAB Code Configurator (MCC) - это эф- фективный и удобный в использовании инструмент, который помогает выполнить настройку широкой номенклатуры периферийных устройств микроконтроллера. МСС представляет собой плагин, который встраивается в MPLAB X IDE, и который уп- рощает процесс настройки периферийных устройств до процедуры выбора предла- гаемых вариантов из меню МСС. При применении МСС генерируются драйверы, кото- рые управляют периферийными устройствами микроконтроллера. Перед запуском плагина МСС необходимо, чтобы проект в MPLAB X IDE был уже создан, так как МСС должен знать тип применяемого микроконтроллера и иметь доступ к специфич- ной для каждого микроконтроллера информации. В процессе настройки МСС создает исходные и заголовочные файлы, которые добавляются в проект MPLAB X IDE. Давайте убедимся, что плагин MPLAB Code Configurator установлен и активиро- ван. Для этого надо в интерфейсном окне MPLAB X IDE щелкнуть левой кнопкой мыши по вкладке Tools и затем по строке Plugins. Открывается окно, показанное на рис. 3.6. Щелкаем в этом окне по вкладке Installed и убеждаемся, что пла- гин MPLAB Code Configurator установлен и активирован. О Plugins X Updates (2) Available Plugins (39) Downloaded Installed (200) Settings Search: MPLAB® Code Configurator Version: 5,2.2 Source: Microchip v6.05 Plugins Plugin Descriptk>n The MPLAB31 Code Configurator (MCC) generates seamless easy to understand С code that's inserted into your project. It enables, configures and utilizes a rich set of peripherals across a select list of devices. It's integrated into MPLAB X (IDE) to provide a very powerful and extremely easy to use development platform. System requirements Ш MPLAB X: v6,05 | Visit the MCC website for user's guides and release notes containing the lists of supported devices. License Information Copyright (C) [2012-2022] Microchip Technology Inc. and its subsidiaries (Microchip), All rights reserved. Close Help Рис. 3.6. Проверка установки плагина MPLAB Code Configurator. Если МСС не установлен, то его надо установить. Для этого в окне на рис. 3.6 открываем вкладку Available Plugins, находим в левой половине появившего- ся окна строку MPLAB Code Configurator, ставим галочку и нажимаем внизу кноп- ку Install. После установки плагина и перезагрузки среды заходим во вкладку Installed и убеждаемся, что плагин установлен и активирован. Если плагин МСС не устанавливается с помощью стандартной процедуры, то его Select Name Category MPLAB® Code Configurator MPLAB IDE Active О Q О О О о о о о о о о о о о о & Q о о
надо установить вручную. Для этого надо выполнить следующую последователь- ность действий: 1. Скачать плагин MPLAB Code Configurator с сайта Microchip по ссылке: https://www.microchip.com/en-us/development-tools-tools-and- software/embedded-software-center/mplab-code-configurator 2 . Распаковать скачанный zip-файл. 3. Открыть MPLAB X IDE. 4. Перейти в меню Tools -> Plugins, открыть вкладку Downloaded и нажать на кнопку Add Plugins. 5. В появившемся окне перейти в папку, в которую извлекли zip-файл. 6. Выделить в этой папке пять файлов: ■ com-microchip-mplab-browser-services.nbm; ■ com-microchip-mplab-browser-libs-windows. nbm; ■ com-microchip-mplab-browser-libs.nbm; ■ com-microchip-mplab-browser-compat.nbm; ■ corn-microchip. nbm. 7. Нажать кнопку Open, затем в появившемся окне нажать кнопку Install. 8. Оставить включенной опцию Restart Now и нажать кнопку Finish. Чтобы запустить МСС, надо выбрать опции Tools —> Embedded—> MPLAB Code Configurator, либо щелкнуть по значку МСС сверху в панели инструментов. От- кроется интерфейсное окно МСС, показанное на рис. 3.7. В интерфейсном окне МСС определим несколько областей, обозначив их римскими цифрами, и вкладки над этими областями обозначим арабскими цифрами (некоторые вкладки могут быть скрыты и появляются в процессе работы с конфигуратором): ■ I - выбор настраиваемых модулей проекта; ■ II - область подключения к проекту периферийного оборудования; ((I+II) - область управления ресурсами (resource management area)). Содер- жит ресурсы проекта и все доступные ресурсы/устройства. ■ III - информационное окно (версии - versions). Показывает полный список ядер МСС, периферийных библиотек и библиотек программного обеспечения, ко- торые могут использоваться с выбранным устройством. Некоторые из них уста- навливаются вместе с МСС. Другие доступны для скачивания. В зависимости от выбранного устройства некоторые версии ядра и библиотеки взаимозаменяемы. ■ IV - область настройки модулей проекта. ■ V - область настройки сторожевого таймера. ■ VI - область настройки низковольтного программирования. ((IV+V+VI) - composer (компоновщик)). Это основная область, в которой можно настроить драйвер периферийного устройства или библиотеки. В нем отображаются возможные конфигурации периферийного устройства/библиотеки. ■ VII - область настройки конфигурационных битов и портов ввода/вывода (об- ласть настройки выводов - pin manager grid view area) . Содержит три внут- ренние вкладки: уведомления (ошибки, предупреждения и общая информация о текущих выборках), просмотр сетки Pin Manager (табличная версия представ- ления пакета Pin Module) и вывод (журнал МСС и MPLAB X IDE Log) . ■ VIII - общий вид микросхемы выбранного микроконтроллера (графический ин- терфейс для выбора и настройки выводов - pin manager package area). МСС упрощает создание программы, которая задействует периферийные устройст- ва. В области II перечислены доступные периферийные устройства (Peripherals), которые могут быть задействованы в программе (рис. 3.8). При нажатии на треугольник слева от названия периферийного устройства ниже раскроется список доступных опций для данного периферийного устройства. Нажа- тие на конкретное периферийное устройство добавит это периферийное устройство к Ресурсам проекта (Project Resources).
12 3 4 12 13 14 15 16 17 18 6 7 8 9 10 11 £iie |^Jrt ^iew ."tjeviqetq Source/Refa,ctoc/Production Qqbug Теащ JboK Window ^elp Prop... Filaa SerV cu. J/ее Vievn Ttst View Project Resource- G*n w Syste^---" _,_.---"' - -"' " Irtetfu0Jr*S<iile- ^. "' __.-*n"Modjk ..-"' Sys$a<*f'Modul« >rp Device Resources ▼ Documents P1C19F26K20 Product Page ▼ Peripherals ► ^ ADC ► •*♦• ccp ► ,- CVP.fl ► •■•' ECCP ► Г§1 EUSA4T ► «t> bt.lntrrrjpt ► ,— FVR тДЛтс Rff / / .' > -; p .•..r.( Avaaab* Re*xrce& > PnHodufe ' wj 1лtang* Module a Sysjfem Module я Syitem Mcxhifc /t;; ; ^^ r : now del? Pin Manager Package View К Li © \ Eai/Sfiup = Register*. IM&RrVAl OSCILLATOR С и rent System dock 1 М-г Oscillator Select Interna ojc Hato'- block, port function on RA6 and RA"7 System Clock Select rose IV- Interna Clock lMHr_HFlNT0SC16 j-J © -PJ. Capable Frequency btrrriJ С I. | , PLL trvjb ed WOT Witcidog Timer Period 1 0^703 i Watchdog Timer Enable WDT «controlled bySWDTEN bit of the WDTCON reg ster Watchdog T.merP^tvcaler 13? « led try_s TZ Programming [•] lo*voltage Prog fa mm nq ЕгаЫе VI hclr! RAO I RAl| ra;| RAil RA^| RAbl HA/I RAt'l HCL'I RCl|3 hcj| RC3| I* A 10 11 1? 1J 14 ^ 4» Microchip PIC18F26K?0 ^tf л Jb n <M м Irs. ]квг Irbi ]rb-- Irb, ]rb Ipbj 1рж ■ vui 1Ш^ itf 17 lb ''• ZK- |p.o ZK Zlw:. VIII Рис. 3.7. Интерфейсное окно МСС. Ниже перечислены названия вкладок над указанными областями: 1. Project (проект). 2. Files (файлы). 3. Services (службы). 4. Classes (категории). 5. Resource Management [MCC] (управление ресурсами). 6. Flat View (плоский вид). 7. Tree View (древовидный вид) . 8. Project Resources (ресурсы проекта). 9. Generate (генерировать). 10.Import. 11.Export. 12.main.с (основной файл проекта). 13.Available Resources (доступные ресурсы). 14.Easy Setup (простая установка). 15 . Registers (регистры) .
16.Pin Module (модуль настройки выводов). 17.Interrupts Module (модуль настройки прерываний). 18.System Module (модуль системных настроек). 19.Dashboard (информационная панель). 2 0.main.с - Navigator. 21.Versions [MCC] (версии). 22.Output-MPLAB Code Configurator. 23.Stopwatch (хронометр). 24.Notifications [MCC] (уведомления). 25.PIN Manager: Grid View (таблица настройки выводов) 1 ' ' ы Device Resources w Documents PIC18F26K20 Product Page ж Libraries ► ^ Foundation Services Ш MQTT @§§ WINC15XX T Peripherals ► % ADC ► ■■'" CCP ► _Л Comparator ► .,•— CVREF ► »D°" ECCP ► [*] EUSART ► t*t Ext_lnterrupt ► .,■— FVR. ► ,— hLVD ► О Memory ► & MSSP z ► 'V1 Timer \% Content Manager Рис. 3.8. Доступные периферийные устройства. Центральная область composer - это место, где настраиваются периферийные устройства. Когда периферийное устройство выбрано в Project Resources, соот- ветствующий графический интерфейс конфигурации отображается в центральной об- ласти composer. Есть три вкладки: "Простая настройка", "Регистры" и "Уведом- ления". "Простая настройка" - это место, где вы выбираете настройки для пери- ферийного устройства с помощью различных выпадающих списков и флажков. На вкладке "Регистры" показаны различные регистры для конкретного периферийного
устройства. Параметры конфигурации также можно просмотреть и изменить на этой вкладке. Любые конфликты или рекомендации, которые потребуются для настройки, будут отображаться на вкладке "Уведомления". Например, установлен аналоговый вывод порта, а для выбранной настройки периферийного устройства необходимо устанав- ливать цифровой вывод порта. Выводы порта настраиваются в таблице Pin Manager: Grid View в нижней части окна. Цвет выводов означает следующее. Синий цвет вывода (рис. 3.9) означает, что вывод не подключен, зеленый - вывод подключен и т.д. Меню периферийных устройств для подключения PIN-кода можно расположить сверху (по горизонтали) или слева (по вертикали), нажав на горизонтальный или вертикальный выбор. Pin Manager Package View x Q MCLR RAO RA1 RA2 RA3 RA4 RA5 vss RA7 RA6 RCO RC1 RC2 RC3 Рис. 3.9. Выводы микроконтроллера PIC18F26K20. PIN-коды, связанные с периферийным устройством, будут отображаться в строке или столбце имени периферийного устройства. Таким образом, можно легко опре- делить, какие контакты выбрать для конкретного периферийного устройства. По- сле выбора PIN-кода цвет изменится на зеленый, а символ блокировки (замочек) закроется, указывая, что pin-код заблокирован в этом устройстве. Нажатие на зеленую блокировку приведет к возврату в синее неиспользуемое состояние. Есть несколько других цветов, которые будут отображаться, как описано ниже: ■ PIN-код серого цвета: указывает, что PIN-код не может использоваться в вы- бранной конфигурации и что нет включенного модуля, который имеет какие- либо функции на этом выводе. На белом фоне также отображаются серые блоки- ровки, которые указывают на контакты, заблокированные выбранными системны- ми функциями. ■ PIN-код синего цвета: указывает контакты, которые доступны для назначения 1* 26 ? 21 3 26 4 25 5 24 7 Ф U I Microchip ^ PIC18F26K20 9 20 10 19 11 1В 1? 17 13 16 И 15 RB7 RB6 RB5 RB4 RB3 RB2 RB1 RBC VDD VSS RC7 RC6 RC5 RC4
модулю. ■ Зеленый PIN-код (с блокировкой): эта комбинация указывает, что pin-код был выделен и выбран для модуля. Имя, которое появляется на pin-коде, является либо именем pin-кода в контексте модуля, либо введенным пользовательским именем. ■ PIN-код зеленого цвета (с цепочкой): эта комбинация указывает, что PIN-код используется совместно несколькими функциями. ■ PIN-код желтого цвета: указывает возможный альтернативный PIN-код для уже выделенной функции PIN-кода. ■ Серые блокировки на белом фоне: указывает контакты, которые заблокированы выбранными системными функциями. МСС имеет отдельный экран настройки для каждого выбранного периферийного устройства. После настройки каждого периферийного устройства вместе с конфи- гурацией и вводом-выводом просто нажмите на кнопку «Сгенерировать код» {Generate), чтобы МСС создал код драйвера периферийного устройства для данно- го проекта. Код будет автоматически помещен в проект. Если это новый проект, то также будет создан файл main. с. Если в проекте уже есть main, с, то МСС будет создавать только файлы периферийных драйверов. Код будет отображаться в области проекта MPLAB X (рис. 3.10) . Й Header Files l£| МСС Generated Files Й interrupt_manager.h ^J mcc.h Pi pin_manager.h & tmrl.h (Si Important Files Щ Linker Files |£l Source Files f I main.с |£| MCC Generated Files 'tJ interruptjnanager.c tJ mcc.c rcJ pin_manager\c LcJ tmrl.c l/e1 Libraries EJ Loadables Рис. 3.10. Файлы проекта. Применим МСС для создания программы, использующей широтно-импульсную моду- ляцию (ШИМ) . При создании этой программы задействуется периферийный модуль микроконтроллера - ССР (Capture/Compare/PWM - захват/сравнение/ШИМ). Модуль ССР имеет два вывода: ССР1 (RC2) для модуля Enhanced ССР (ЕССР) и вывод ССР2 (RC1) для стандартного ССР. Модуль ССР2 имеет два восьмиразрядных регистра CCPR2L (Low) и CCPR2H (High). Вместе они образуют 16-ти разрядный регистр, который может быть использован для захвата, сравнения или формирования сигна- ла ШИМ. В режиме захвата модуль ССР2 использует таймер-счетчик TMR1 в качестве из- мерителя времени. Как только на выводе ССР2 возникнет отслеживаемое событие, модуль сохранит текущее 16-битное значение TMR1 в регистры CCPR2H:CCPR2L.
В режиме сравнения модуль работает в обратном направлении. Как только зна- чение в регистрах CCPR2H:CCPR2L совпадет с текущим значением TMR1, модуль мо- жет установить 1 или 0 на вывод ССР2 или сгенерировать прерывание. В режиме ШИМ модуль ССР2 использует таймер-счетчик TMR2. Для настройки мо- дуля ССР2 используется регистр CCP2C0N. Опишем последовательность настройки параметров конфигуратора кода. Настройку конфигуратора кода МСС необходимо начать с настройки тактовой частоты. Для этого в области (I) выбираем строку System Module, в области (II) открываем вкладку Easy Setup (поз. 14 на рис. 3.7), в строке System Clock Select устанавливаем INTOSC (внутренний генератор) и в строке Internal Clock устанавливаем тактовую частоту 8MHZ.HFINT0SC/2 (рис. 3.11). File Edit View Navigate Source Refactor Production Debug Team Tools Window Help Projects Files Services Classes Resou. ft - Ъ - l> - 2l - 5l - vi ib - H ...rces Pin Module S3 Interrupt Module S3 System Module Tree View Flat View Project Resources Generate Import w System Interrupt Module Pin Module System Module flf**», nra System Module Easy Setup — - © :• Registers ▼ INTERNAL OSCILLATOR Current System clock 8 MHz Oscillator Select Internal oscillator block port function on RA6 and RA7 System Clock Select INTOSC Internal Clock E,t=rn,Cock 5MHz_HFINTCSC/2 - 0 -PLL Capable Frequency - -■-! PLl Enabled Рис. 3.11. Настройка параметров тактового генератора. Для настройки конфигурационных битов щелкаем по вкладке Registers (поз. 15) и переходим к настройке конфигурационных битов. Биты устанавливаем следующим образом: // C0NFIG1H #pragma config FOSC = INTI067 #pragma config FCMEN = OFF #pragma config IESO = OFF // C0NFIG2L #pragma config PWRT = OFF #pragma config BOREN = OFF #pragma config BORV =18 // C0NFIG2H #pragma config WDTEN = ON #pragma config WDTPS = 32768 // C0NFIG3H #pragma config CCP2MX = PORTC #pragma config PBADEN = OFF #pragma config LPTIOSC = ON #pragma config FfFOFST = ON #pragma config MCLRE = OFF // C0NFIG4L #pragma config STVREN = OFF #pragma config LVP = OFF #pragma config XINST = OFF #pragma config DEBUG = OFF Параметры в остальных регистрах оставляем в состоянии OFF. Важно, чтобы в регистре C0NFIG4L было отключено LVP (disable) и в регистре C0NFIG3H был от- ключен MCLRE (disable).
Теперь необходимо настроить периферийные модули ССР2 и TMR2, но сначала их надо добавить в проект. Переходим в область (II), раскрываем строку ССР, щел- кая по треугольнику слева от ССР, и в появившейся ниже строке щелкаем по зна- ку (+) около опции ССР2. Аналогичным образом раскрываем строку Timer и щелка- ем по знаку (+) около таймера TMR2. Модули ССР2 и TMR2 перемещаются из облас- ти (II) в область (I). Подсвечиваем строку TMR2 и справа в области (IV) уста- навливаем параметры таймера2, а именно: устанавливаем значение в строке Prescaler (делитель) равным 1:16, и устанавливаем значение в строке Timer Period равным 1 ms, как показано на рис. 3.12. File Edit View hJavigate Source Refactor Production jDebug Team Tools Window .Help Projects Files Services Classes Resou.. Tree View Flat View Project Resources Generate Import ж System Interrupt Module Pin Module System Module ж Peripherals 012 d%c CCP2 © £3 - TMR2 0 ...rces Pin Module S3 Interrupt Module TMR2 v Cj PC: 0x0 n ov z dc с : W:0x0 : bank System Module 83 CCP2 к TMR2 &\ IZD Ст it E a sy S et u p ^ Reg is te rs hardware Settings | V'\ Enable Timer Timer Clock Postscaler 1:1 Prescaler 1:16 Timer Period Timer Period Actual Period 1 ms 5 us < 1 ms < 2.048 ms (Period calculated via Timer Period) | I Enable Timer Interrupt Рис. 3.12. Задание параметров модуля TMR2 File Edit View JNavigate Source Refactor Production Debug Team Tools Window Help £j П Ш % Ч»& *™ - uu ' Ъ' \> '%' X - ми U - Projects Files Services Classes Resou... 8J Q ...rces Pin Module S3 Interrupt Module и System Module S3 CCP2 и TMR2 TreeVie* Flat View I CCP2 Project Resources Generate Import ▼ System Inter'upt Module Pin Module System Module v Peripherals @ S3 °%° CCP2 © S3 • ?' ™R2 Device Resources Easy Setup —-Registers hardware Settings CCP Mode PWM Select Tjner Duty Cycle Duty Cycle 10,С CCPRVaue 49 PC: 0x0 n ov z dc с : W:0x0 : bank 0 HDSIhI[| Please refer to the assigned timer to adjust the PWM frequency PWM Parameters P'. P; P''. VM Period VM Frecuency VM Resolution 1ms 1 kHz 8 bits Рис. 3.13. Задание параметров модуля ССР2 Далее выбираем в области (I) строку ССР2 и устанавливаем справа в области (IV) в строке ССР Mode значение PWM, а в строке Duty Cycle (рабочий цикл) ус- танавливаем значение 10%, как показано на рис. 3.13. Под рабочим циклом под- разумевается процентное отношение длительности импульса к длительности перио- да сигнала. Рабочий цикл 100% означает, что ширина импульса равна периоду и
вместо импульсного сигнала имеем сигнал постоянной амплитуды. Значение CCPR Value устанавливается автоматически в зависимости от выбран- ного значения Duty Cycle. Ниже приводится таблица 3.1 значений CCPR Value в зависимости от значений Duty Cycle. Таблица 3.1. Duty Cycle, % 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 CCPR Value 49 99 149 199 249 299 349 399 449 499 Переходим к настройке портов ввода/вывода. В данном примере задействован всего один вывод ССР2 (RC1). К этому выводу подключен светодиод, следователь- но, вывод должен быть настроен на выход. Щелкаем в области (I) по строке Pin Module и в появившейся таблице справа в области (IV) ставим галочку под сло- вом Output. Настройку выводов портов можно также производить в таблице, рас- положенной в области (VII). В таблице указаны все выводы микроконтроллера и соответствующие им значения input/output. Щелкая по замочкам, можно выбирать тот или иной вывод и его состояние input или output. При выборе определенного вывода замочек закрывается и соответствующий контакт на микросхеме в области (VIII) меняет цвет. Настройка параметров проекта закончена. Щелкаем по кнопке Generate (поз. 9). Будет сформирован проект, состоящий из нескольких файлов, как показано на рис. 3.14. Projects 88 Files Services Classes Resource... В ©••Q| Header Files В Ql MCC Generated Files i § device_config.h i ^ mcc.h j § pinjnanager.h I Щ pwm2.h 1 Щ tmr2.h ©••j} Important Files © (j|] Linker Files ©Щ] Source Files I @ main.с Q-Ql MCC Generated Files Щ] devicejconfig.с i § mcc.c i Щ\ pinjnanager.c Щ\ pwm2.c ; § tmr2.c © ^ Libraries ©•■ft Loadables Рис. 3.14. Файловая структура проекта (дерево проекта)
PWM Основной файл main.с является только заготовкой и содержит начальный код, который должен быть дописан пользователем. Файл device config.с содержит настройки конфигурационных битов. В файле тсс.с размещается функция инициали- зации системы System Initialize, которая вызывает четыре функции: ■ PIN_Manager_Initialize (), ■ OSCILLATOR_Initialize(), ■ PWM_Initialize(), ■ TMR2_Initialize() . В этом же файле происходит вызов функции OSCILLATOR_Initialize(), которая осуществляет настройку регистров тактового генератора. В файле pinmanager.c вызывается функция PIN_Manager_Initialize (), которая осуществляет настройку регистров портов ввода/вывода. В файле pwm2.c вызывается функция PWM_Initialize(), которая осуществляет настройку регистров модуля PWM. В файле tmr2.c вызывается функция TMR2_Initialize(), которая осуществляет настройку регистров модуля таймера2. Рис. 3.15. Работа модуля ШИМ.
Программа для управления яркостью свечения светодиода с помощью модуля ШИМ имеет следующий вид: Пример 3.3. PWM #include ffmcc_generated_files/mcc.h" void main (void) { SYSTEM_Initialize() ; while (1) { PWM2_LoadDutyValue (99) ; delay_ms (500) ; PWM2_LoadDutyValue (199) ; delay_ms (500); PWM2_LoadDutyValue (299); delay_ms (500) ; PWM2_LoadDutyValue (399) ; delay_ms (500) ; PWM2_LoadDutyValue (499) ; delay_ms (500); } } Вот такой компактный код получен при применении МСС. Для управления модулем ШИМ в программе используется функция PWM2_LoadDutyValue (uintl6_t dutyvalue), где dutyvalue - беззнаковая переменная целого типа фиксированного размера (типа uintl6_t). Эта функция определена в файле pwm2.h. Алгоритм работы про- граммы такой: сначала вызывается импульсный сигнал с шириной импульса 20%. Затем через задержку 500 мс вызывается импульсный сигнал с шириной импульса 40%. И далее последовательно вызываются импульсные сигналы с увеличением ши- рины на 20%. Ширину импульсных сигналов можно наблюдать на осциллографе (рис. 3.15). Заметное свечение светодиода наблюдается, когда ширина импульса со- ставляет более 80%. Управление вращением электродвигателя небольшой мощности В робототехнике часто применяются электродвигатели постоянного тока неболь- шой мощности напряжением 12 В и током менее 1 А. При этом существует множест- во задач, когда надо изменить направление вращения вала двигателя, например, робот должен повернуть голову вправо/влево, поднять/опустить руку и т.д. Соз- дадим проект, в котором будем менять направление вращения вала электродвига- теля (по часовой стрелке/против часовой стрелки). Для написания программы бу- дем использовать MPLAB Code Configurator. Задействуем микроконтроллер PIC18F26K20. Поскольку максимальный ток на выводе микроконтроллера не должен превышать 25 мА, а для работы двигателя требуется существенно больший ток, то для управления двигателем применим специальную микросхему L239D, которая на- зывается драйвером электродвигателя. Эта микросхема является промежуточным звеном между микроконтроллером и двигателем и позволяет управлять двигателем с помощью малых токов микроконтроллера. К микросхеме можно подключить два двигателя. Для этого она имеет две пары входов (INI, IN2) и (IN3, IN4) и две пары выходов (OUT1, OUT2) и (OUT3, OUT4). Кроме того, микросхема имеет два контакта EN1 и EN2, с помощью которых можно управлять скоростью вращения вала
двигателя, если подключить эти контакты к выходу ШИМ микроконтроллера. Если ШИМ не используется, то контакты выполняют функцию запуска микросхемы и в этом случае их надо подсоединить к положительному полюсу источника питания +5 В. Контакт Vss микросхемы обеспечивает питание самой микросхемы. Контакт Vs микросхемы обеспечивает питание электродвигателя. Характеристики микросхемы L293D: ■ напряжение питания двигателей (Vs) - 4,5...36 V; ■ напряжение питания микросхемы (Vss) - 5 V; ■ допустимый ток нагрузки - 600 тА (на каждый канал); ■ пиковый (максимальный) ток на выходе - 1,2 А (на каждый канал); ■ логический "0" входного напряжения - до 1,5 V; ■ логическая "1" входного напряжения - 2,3 ... 7 V; ■ скорость переключений до 5 kHz; ■ имеется защита от перегрева. Более подробные характеристики и более подробное описание микросхемы L239D можно найти в даташите на эту микросхему. Схема соединений для моделирования в Протеусе показана на рис. 3.16. £ile Edit View Jo о I Design Graph Qebug Library Tern plate System JHelp Deal atфалqmш 9 > ^ 'i ®> i О ■5Б П Q Base Design s El 4- В В, Ш =СД V "V V :..TV ^Jl Schematic Capture X □ ® / П о CO A * С г О + з Ш ^ ^ t ¥r Q Q DEVICES L2S3D MOTOR U1 RC0.Tioso»TiacKi rA'3.o\nci'C12injo- RCl.TlOSl'CCP2A RAt.AN1'C12lNt- RCi'CCP 1 «PIЛ RA2-AN2.'C2IN«WREF-.'C VR EF RC3.'SCK«SCL RC4.'S0I.'S0A RCSSOO RC6.TX'CK RC7.'RX.'DT RA3,'ANa'CHN».'VREF* RM'TOCKI.'ClOUT RAS'ANW^SVHLVCINL'CZOUT RAfi.OSC2.4:LKO RAT.'OSCt.'CLkl RCQ7J4121NT0.VLT0 RB1.AN10,'INT1.'C12IN2-,'P1C RB2,'AN&'INT2P1B RB3,'AN9iCCP2R»C12lMa- RB4.AN11.KBICCP1D RB&'KBM.'PGM RB6.'KBI2'PGC RE3iMCLR'VPP RB7,'KBI1'PGD -tL. 32- FiC13F2fiK20 12V A_ 5V A_ IN1 IN2 EN1 VSS VS 0UT1 0UT2 EN2 IN3 0UT3 IN4 GND GND 0UT4 Г 12V ► !► II 14 Message (s) VSM debugging session has ended. Рис. 3.16. Схема соединений для управления электродвигателем не- большой мощности. К микросхеме подключен один двигатель, поэтому задействованы одна пара вхо- дов (INI, IN2) и одна пара выходов (OUT1, OUT2). Так как в схеме не использу-
ется ШИМ, контакт EN1 подключен к питанию +5 В. Контакт 1N1 подключен к выво- ду RB0 микроконтроллера, контакт 1N2 подключен к выводу RB1 микроконтроллера. Если на оба вывода RB0, RB1 подаются одинаковые значения (нули или единицы), то вал двигателя не вращается. Если на RB0 подается 1, а на RB1 подается 0, то вал вращается по часовой стрелке. Если на RB0 подается 0, а на RB1 подает- ся 1, то вал вращается против часовой стрелки. Назовем создаваемый проект Revers. Как уже упоминалось ранее, программу бу- дем писать с помощью MPLAB Code Configurator. Поскольку работа с конфигурато- ром кода была подробно описана в предыдущем подразделе, приведем здесь описа- ние настройки конфигуратора без поясняющих рисунков. После запуска конфигура- тора в области 1 выбираем System Module, переходим в область IV и устанавли- ваем внутренний тактовый генератор INTOSC и частоту 8MHz_HFINTOSC/2. Перехо- дим на вкладку Registers (поз 15) и устанавливаем в регистре C0NF1G4L опцию LVP в состояние disable, в регистре C0NFIG3H опцию MCLRE в состояние disable, опцию PBADEN в состояние digital I/O on Reset. Переходим в область VII и ус- танавливаем выводы RBO, RB1 на выход (output), т.е. замыкаем соответствующие замочки. Щелкаем в области I по строке Pin Module и в появившейся справа таб- лице снимаем галочки в квадратиках Analog, а в столбце Custom Name записываем для вывода RB0 имя IN1, и для вывода RB1 - имя IN2. Щелкаем по вкладке Generate (поз. 9). Происходит генерация кода программы. Переходим на вкладку Projects (поз. 1) и в дереве проекта открываем файл pin_manager.h (Header Files —> MCC GeneratedFiles -> pin_manager.h). Находим в файле следующие указания. Чтобы установить 1 на вывод RB0, надо записать команду INl_SetHigh(), чтобы устано- вить 0 на вывод RB0, надо записать INl_SetLow () . Аналогичным образом для RB1 надо записать: ■ IN2_SetHigh() - установить 1 на вывод RB1; ■ IN2_SetLow() - установить 0 на вывод RB1 Используя эти указания, напишем программу: Пример 3.4. Revers #include "mcc_generated_files/mcc.h" void main(void) { SYSTEM_Initialize(); while (1) { // Вращение по часовой стрелке INl_SetHigh() ; IN2_SetLow() ; delay_ms(3000); // На месте INl_SetLow() ; IN2_SetLow() ; delay_ms(3000); // Вращение против часовой стрелки INl_SetLow() ; IN2_SetHigh() ; delay_ms(3000); // На месте INl_SetHigh() ; IN2_SetHigh() ; delay_ms(3000);
} } Программа работает следующим образом. Двигатель 3 сек вращается по часовой стрелке, 3 сек стоит на месте, 3 сек вращается против часовой стрелки, 3 сек стоит на месте, затем цикл повторяется. Загружаем в Протеус файл Revers.X.production.hex и наблюдаем работу про- граммы. Работа с последовательным интерфейсом RS-232 Интерфейс стандарта RS-232 может использоваться для связи микроконтроллера с компьютером через последовательный (Serial) порт (или СОМ-порт (Communications port)). Для того, чтобы обеспечить связь микроконтроллера с компьютером требуется следующее оборудование: ■ микроконтроллер; ■ микросхема МАХ232; ■ кабель; ■ компьютер с СОМ-портом. Интерфейс стандарта RS-232 использует двунаправленную передачу данных и требует, как минимум, трех проводов. По одному проводу ТХ (transmitter - пе- редатчик) осуществляется отправка данных, по другому проводу RX (receiver - приемник) происходит прием данных. Третий провод является землёй. Линия пере- дачи первого устройства ТХ соединяется с линией приема второго устройства RX и наоборот. Информация по линии связи передается последовательно бит за битом (в отличие от параллельного порта). Отсюда порт получил название последова- тельного порта. Обслуживает СОМ-порт специальная микросхема UART {Universal Asynchronous Receiver/Transmitter). СОМ-порт компьютера представляет собой, как правило, 9-штырьковый разъем DB-9F типа «вилка» (бывают 25-контактные разъемы). Кабель имеет ответный разъем DB-9M типа «розетка». В современных компьютерах СОМ-порт не используется1, поэтому необходимо применять переход- ник USB-RS232. Микроконтроллер работает с диапазоном напряжений 0...+5 В, а в стандарте RS-232 используется диапазон напряжений (±3...±15 В). Для согласования диапа- зонов напряжений используется микросхема МАХ232 производства компании Maxim, которая является промежуточным звеном между микроконтроллером и компьютером. Кроме того, в компьютере должна присутствовать программа HyperTerminal, ис- пользуемая для отображения передаваемых данных. В ранних версиях операционной системы Windows эта программа входила в состав стандартных программ. Сейчас эта программа может отсутствовать. Тогда применяют программы сторонних разра- ботчиков . Для Windows используют программу PuTTY. В настоящее время последовательный интерфейс RS-232 вытесняется интерфейсом USB. Но у последовательного интерфейса есть свои преимущества, главным из ко- торых является простота подключения. К недостаткам СОМ-порта следует отнести небольшую длину линии связи (до 15 м) и невысокую скорость передачи данных (до 115 200 бит/сек). Для связи на больших расстояниях должен использоваться интерфейс RS-485. СОМ-порт целесообразно применять в приложениях, не требую- щих высокой скорости обмена информацией, например, в системах промышленной 1 На самом деле он есть (СотА) на некоторых (может даже на всех) материнских платах, но для него нужен специальный разъем.
автоматизации. Создадим программу, обслуживающую связь между микроконтроллером и компьюте- ром через интерфейс RS-232, и смоделируем работу программы в Протеусе. Для написания программы будем использовать MPLAB Code Configurator. Схема соединений для моделирования в Протеусе представлена на рис. 3.17. В Протеусе нет необходимости использовать согласующую микросхему МАХ232, поэто- му на схеме она отсутствует. В схеме (а также в программе) используется мик- роконтроллер PIC18F46K22, к выводам порта В которого через резисторы 220 Ом подключены 8 светодиодов. Выводы порта В должны быть сконфигурированы на вы- ход. К выводам RC6 (ТХ1) и RC7 (RX1) микроконтроллера перекрестным образом подключены выводы TXD и RXD виртуального терминала. File Edit View Tool Design Graph Debug Library Template System Help ■v v1 ж сыа '-2 2 rj i_! a ^ rj .;* @ Di3H4>ii3t©«fiIlllB«=!0 1 J Schematic Capture X Щ Design Explorer X jl с + o* a П © 7 □ m Ф A Q В DEVICES PIC18F46K22 RES Virtual Terminal U1 RCG/P2B/T3CKIrT3GrT1CKirSOSCO RAWC12IND-/AN0 RCiyP2A/CCP2/SOSCI RA1/C12IN1-/AN1 RC2/CTPLS/P1 A/CCF1 n"5CKIr,AN14*A2/C2IM+/AN2^ACOtlT/VREF- RC3/SCK1/SCL1/AN15 RA3/C1IN+yAN3/VREF+ RC4ySDI1/SDA1/AN16 RA4/C1 OUT/SRQ^DCKl RC5/SD01/AN17 FUV5/C20UT/SRNQ/SS1/HLVDIN/AN4 RCe/TX1/CK1/AN13 RA6/CLKO.OSC2 RC7/RX1/DT1/AN19 RA7/CLKUOSC1 RDG/SCK2/S CL2/AN20 RD 1/CCP4^SOI2/50A2/AN21 RD2/P2B/AN22 RD3/P2C/SS2/AN23 RD4/P2D/SD02MN24 RDS/P1B/AN25 RD6/P1СГОС2/СК2/А1М28 RBOnNTOVFLTO/SRI/AN 12 RB1rtNT1/C12IN3-/AN10 RB2flNT2/CTED1/ANS RB3/CTED2/P2A/CCP2/C12IN2-/ANe RB4/1OC0fT5G/AN11 RB5TIOC1/P3A/CCP3rT3CKin"1 G/AN13 RB&/IOC2/PGC RB7/IOC3/PGD \\ 8 Message(s) Base Design ANIMATING 00:00:34.950000(CPUload21V.) Рис. 3.17. Схема соединений для работы с последовательным интерфейсом. Код программы, в частности, содержит оператор switch(), в котором, в зави- симости от нажатия на компьютерной клавиатуре клавиши 1, или 2, или 3, запус- кается свой алгоритм мигания светодиодов. При желании программу можно допол- нить другими алгоритмами мигания светодиодов, вызываемыми по нажатию клавиш 4, 5, и т.д. Количество клавиш и, соответственно, вызываемых алгоритмов не ограничено. Назовем создаваемый проект СОМ и разместим его в папке D:\Projects_PIC. Как уже упоминалось, программу будем писать с помощью MPLAB Code Configurator. При описании работы с конфигуратором будем использовать обозначения, приве- денные на рис. 3.7. После запуска конфигуратора в области I выбираем строку
System Module, переходим в область IV и выбираем внутренний тактовый генера- тор INTOSC и частоту 8MHz_HFrNTOSC/2. В этом же окне снимаем галочку у опции Low-voltage Programming Enable. Переходим на вкладку Registers (поз 15) и ус- танавливаем здесь следующие значения: ■ C0NFIG1H: FCMEN -> disable, IECO -> disable, ■ C0NFIG3H: MCLRE -> disable, PBADEN-> digital I/O. Остальные значения оставляем по умолчанию. Переходим в область VII и устанавливаем выводы RB0...RB7 на выход (замыкаем соответствующие замочки). В верхней части этой таблицы правее слова Package устанавливаем тип корпуса микроконтроллера - PDIP40. Щелкаем в области I по строке Pin Module и в появившейся справа таблице снимаем галочки в квадрати- ках Analog. Переходим к настройке последовательного интерфейса. В области II щелкаем по маленькому треугольнику слева от слова EUSART, а затем дважды щелкаем по поя- вившейся строке EUSART 1. Строка EUSART1 перемещается в область I, а в облас- ти IV появляется окно для настройки параметров последовательного интерфейса, как показано на рис. 3.18. File Edit View Navigate Source Refactor Production .Debug Team lools Window Help *.Qa% %^ defeu,t -±-^« ^ Projects Resource M Tree'.чел Flat View Project Reso... w System Interrupt Module Pin Module System Module ▼ Pen ph eras © Q [-] EUSART1 ПЙ " U 1^/1/ Э ...in. с Pin Module Ш Interrupt Module S3 System Module EUSART1 PC: 0x0 novzdcc <V :,-■-■■■:■, i:0x0 :bank0 $ How do I? c-duct Page Device Resources w Documents PIC1BF45K2 » Penpheras ► ^7 ADC ► = a°" CCP ► t Comparator ► У DAC ► -0 ECCP ▼ _=J EUSART © !0 C-: EUSAR-2 ► «It Extjnterrupt ► ,— FVR USART... main(). Versions Ver.. EUSART1 Щ 1Г-1ГЙ1 © Eesy Setup = Registers hardware Settings Mode asynchronous 0 Enable EUSART Baud Rate: 9600 [vj Enable Transmit Transmission Bits 8-bit | | Enable Wake-up 8-bit Recept o- Bits: Ц A^to-Заис Detection Data p0|anty I async.noninverted.sync.fallingedge Г [~] Enable Acdress Detect V] Enable Receive ; | Enable EUSART Interrupts ▼ Software Settings Redirect STDIC to USART Software Transmit Buffer Size Software Receive Buffer Size Pin Manager: Package View < Khi RAO' RA1 RA2 RAJ RA4 RAb RFfl RE1 RF? VDD VS.S PA/ RA6 ROi RCA RC2 RC1! RDU RD1 Output й MPLAB® Code Configurator H Notifications [MCC] Pin Manager: Grid View 88 С rz IZ IZ IZ IZ IZ IZ ППП IZ IZ IZ IZ IZ IZ IZ IZ IZ 1* л Й 10 11 M l'j lb 1A MlCROCHI PIC1SF46K2 .►1 * > Package: | pd:p40 - Pin No: 4 5 6 17 14 13 33 34 35 36 37 Port A ▼ Port В ▼ 1 l : ' i i Рис. 3.18. Окно для настройки параметров последовательного интерфейса. Устанавливаем в этом окне: ■ Mode: asynchronous. ■ Baud Rate: 9600.
■ Transmission Bits: 8-bit. ■ Reception Bits: 8-bit. ■ Data Polarity: asynk_noninverted_synk_fallingedgeio Ставим галочки в квадратиках: ■ Enable EUSART. ■ Enable Transmit. ■ Enable Receive. На этом настройки заканчиваются. Щелкаем по вкладке Generate (поз. 9). Про- исходит генерация кода программы. Переходим на вкладку Projects (поз. 1) ив дереве проекта открываем файл pin__manager.h. Находим в файле указания по на- писанию кода программы. Раскрываем строку Source Files и щелкаем по заголовку main.с. Появляется начальный код программы, который дописываем до окончатель- ного вида (рис. 3.19). При этом программу следует набирать именно в окне ре- дактора MPLAB X IDE, а не копировать из какого-либо другого редактора, чтобы в программу не скопировались скрытые символы, которые могут вызвать ошибку. »l4°)-U£3^| О MPLAB X IDE v5.30 - USART_3 : default File Edit View ^Javigate Source Refa_ctor Production Debug Теагл Tools Window JHelp <v иш ь- cJ default PC: 0x0 n ov z dc с : W:0x0 : bank 0 Z How do I? <v И « О С? ^ Projects % Resource Manage... _1 - Q USART_3 - (д_ Header Files - l£] MCC Generated Files _J device_config.h PJ eusartl.h _J mcc.h _j pin_manager.h + \{§ Important Files + [Q_ Linker Files - |д_ Source Files \:"] main.с - |д_ MCC Generated Files \J 1 device_config.c _J eusartl.c !^J mcc.c lr2J pin_manager.c + |£_7 Libraries + (_j Loadables USART_3-... ss Versions [MCC] '4<;-> R- USART 3 -:. *''- Project Type: Application-' ^ - 4^ Device _J ^PIC13F4SK22 :» Checksum: 0x36Fl = E0 CRC32: 0x3352E706 *> - £ Packs i PIC 13F-K_DFP (1.2.72) - Ly" Compiler Toolchain c^" XC3 [v2.10) [C:'.progra Ly Production Image: Optii - Q Memory - QData 3,396 (QxF33) byi В " U kJ I/ H ...RT] '^J main.с ss j£j pin_manager.h $3 gj device_config.h S3 0J eusartl.h... И I Hl4 lpl Pin Manager... % Q I Source ] History ^j i [g< [R, • A ^ ^ £i Ц. ! iP ^ ^ : Si Si 2 char data; 3 void send string (ccr:st char*x) 4 R -: w."ii-e i"xj EUSART1 Write(*x~+), S R void main(void) 9 10 11 12 13 14 15 16 17 IS 19 1— f Output i 5Y5TEM_lriitialize(); 3er.d_3tr2.r1c ( -:..); while (1) 1 int i,i; data = EUSARTl_Read(); switch (data) -I сазе : fcr (i=l; K=5; i++) { ___:-::--.__.- (500) ; _:- :r-. — (50C); break; сазе : fcr (i=l; i<=3; i+Ri { :- :;:: = oxFF; / rrr _j main ^ while (1) ^ switch (data) ^ case'l' > for (i=l; i<=3; i++) 'j> H> MPLAB® Code Configurator S3 USART_3 (Build, Load) и RE}]- RAOf- RAlC_7 RA2J^ RA.i| RA4|~~^ RA5^ RE0| REl| re;'!-- vdd!- vss|~~ RA/I RAh[ RCOf- RClf- RC2^ RCj|^ RD()| 1 • 2 Э 4 S 6 8 4 г 12 ' 13 14 1r> 16 17 18 19 H Not... В Leading cede from. 2i:/Ercject3_FIC/USA3T_3 . X/diat/default/prcducticn/USi- Leading completed Package: pd: Module 20:25 INS Рис. 3.19. Код программы.
Окончательный код программы: Пример 3.5. СОМ #include "mcc_generated_files/mcc.h" char data; void send_string(const char*x) { while(*x) EUSARTl_Write(*x++) ; } void main (void) { SYSTEM_Initialize() ; send_s tring (" Pres 1, 2, 3 keys\r\nff); while (1){ int i,j; data = EUSARTl_Read(); switch(data) { case f1f : for (i=l; i<=3; i++) { PORTB = 0Ы0101010; delay_ms(500); PORTB = ObOlOlOlOl; delay_ms(500) ; } break; case f 2 f : for (i=l; i<=3; i++) { PORTB = OxFF; ^delay_ms(500) ; PORTB = 0; delay_ms(500) ; } break; case f 3 f : for (i=l; i<=3; i++) { PORTB = 0Ы1110000; delay_ms(500); PORTB = ObOOOOllll; delay_ms(500); } send_string("The simulation is complete\r\n"); break; } } } После успешной компиляции загружаем в Протеус hex-файл, который находим по адресу: D:\Projects_PIC\COM.X\dist\default\production\COM.X.production.hex.
Запускаем моделирование. Автоматически появляется передняя панель Virtual Terminal (на рис. 3.17 в левом нижнем углу) с текстом Press 1, 2, 3 key. Щел- каем левой кнопкой мыши по темному фону терминала, внутри появляется мигающий курсор. Нажимаем на клавиатуре клавишу 1, затем клавишу 2, затем клавишу 3. Номера клавиш в терминале не отображаются. Каждый раз после нажатия на оче- редную клавишу светодиоды начинают мигать по заданному алгоритму. При нажатии на клавишу 3 после окончания миганий появится надпись The simulation is complete. Работа с модулем АЦП микроконтроллера Для создания проекта будем использовать MPLAB Code Configurator. Назовем проект ADC. Схема соединений для моделирования проекта в Протеусе показана на рис. 3.20. VDD U1 15' 16" 17" 16" 23" 24" 251 26" 19" 20" 21" 22" 27" 28" 29" 30" 8' 9' 1Qi 1" RC0/P2B^3CKI/T3GmCKI/SOSCO RA0/C12IN0-/AN0 RC1/P2A/CCP2/SOSCI RA1/C12IN1-/AN1 RC2/CTPLS/P1A/CCP1/T5CKI/AN14 RA2/C2IN^AN2/DACOUT/VREF RC3/SCK1/SCL1/AN15 RA3/C1IN+/AN3/VREF+ RC4/SDI1/SDA1 /AN 16 RA4/C1OUT/SRC^0CKI RC5/SD01/AN17 RA5/C20UT/SRNQ/SS1/HLVDIN/AN4 РС6ДХ1/СК1/АМ13 RA6/CLKO/OSC2 RC7/RX1 /DT1/AN19 RA7/CLKI/0SC1 RD0/SCK2/SCL2/AN20 RD1/CCP4/SDI2/SDA2/AN21 RD2/P2B/AN22 RD3/P2C/SS2/AN23 RD4/P2D/SD027AN24 RD5/P1B/AN25 RD6/P1C/TX2/CK2/AN26 RD7/P1D/RX2/DT2/AN27 RE0/P3A/CCP3/AN5 RE1/P3B/AN6 RE2/CCP5/AN7 RB0/INT0/FLT0/SRI/AN12 RB1/INT1/C12IN3/AN10 RB2/INT2/CTED1/AN8 RB3/CTED2/P2A/CCP2/C12IN2-/AN9 RB4/IOC0/T5G/AN11 RB5/IOC1/P3A/CCP3/T3CKI7T1G/AN13 RB6/IOC2/PGC RB7/IOC3/PGD MCLR/VPP/RE3 PIC18F46K22 Рис. 3.20. Схема соединений для работы с модулем АЦП. К выводам порта В через резисторы R11...R8 номиналом 200 Ом подключены во- семь светодиодов D1...D8. С потенциометра RV1 на вывод RA0 поступает аналого- вый сигнал в виде изменяемого напряжения. Это напряжение преобразуется в дис- кретную форму. Преобразование аналогового (непрерывного) сигнала в дискретный
(цифровой) сигнал выполняется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). При перемещении ползунка по резистору засвечиваются либо четыре нижних, либо че- тыре верхних светодиода. В схеме используется переменный резистор (потенцио- метр) на 1 кОм, одновременно выполняющий функцию подтягивающего резистора, но номинал подтягивающего резистора должен быть не менее 10 кОм, поэтому к пере- менному резистору добавлен постоянный резистор R9, номинал которого 10 кОм. Падение напряжения на переменном резисторе измеряется вольтметром. Введем следующие обозначения: (Vref+) , (Vref~) - внешние опорные напряжения. Это напряжения, которые устанавливаются при крайних положениях движка потен- циометра. (Vref+ - Vref~) - диапазон напряжений, внутри которого происходит аналого-цифровое преобразование. В рассматриваемом случае этот диапазон на- пряжений составляет от Vref~ = 0 вольт до Vref+ = 0,45 вольт, так как Vref+ = VDD*RV1/(R9 + RV1) = 5*1/(10 + 1) = 0,45 В Аналого-цифровое преобразование характеризуется двумя параметрами: частота дискретизации и разрядность АЦП. Непрерывный аналоговый сигнал заменяется дискретной последовательностью временных отрезков, в которых определяются значения аналогового сигнала. Частота, с которой производятся дискретные от- счеты времени, называется частотой дискретизации аналогового сигнала. Частота дискретизации измеряется в герцах. Разрядность АЦП - это количество значений, на которые разбивается измеряе- мый диапазон аналогового сигнала. В большинстве восьмибитных микроконтролле- ров (в том числе и в PIC18F46K22) используется 10-разрядное АЦП. Это означа- ет, что диапазон измерений (например, 0...+5 В) разбивается на 210 = 1024 дискретных значения, которые чередуются через 5 В/1023 = 0,0049 В Чем меньше разрядность, тем меньше количество отсчетов на заданном интервале и тем мень- ше точность измерений. Например, для 8-разрядного АЦП имеем 28 = 256 отсчетов и разность между двумя соседними отсчетами будет составлять 5 В/255 = 0,0196 В. Таким образом, точность измерений у 10-разрядного АЦП в 4 раза выше, чем у 8-разрядного АЦП. Реальные АЦП не могут произвести аналого-цифровое преобразование мгновенно. Поэтому вводят понятие - время выполнения однобитового преобразования, кото- рое называется TAD (Time Analog/Digital). Для полного 10-битного преобразова- ния требуется 11 периодов TAD. В даташите на микроконтроллер PIC18F46K22 при- водится таблица (рис. 3.21), в которой показаны допустимые значения TAD для различной частоты процессора. Из таблицы видно, что рекомендуемая величина TAD составляет 1... 2 мкс. TABLE 17-1: ADC CLOCK PERIOD (Tad) Vs. DEVICE OPERATING FREQUENCIES ADC Clock Period (Tad) ADC Clock Source Fosc/2 Fosc/4 Fosc/8 Fosc/16 Fosc/32 Fosc/64 Frc ADCS<2:0> 000 100 001 101 010 110 xll Device Frequency (Fosc) 64 MHz 31.25 ns 62.5 ns 400 ns 250 ns 500 ns 1.0 ps 1-4 ps 16 MHz 125 ns 250 ns 500 ns 1.0 ps 2 .0 lis 4.0 iiS 1-4 ps 4 MHz 500 ns 1.0 ps 2 .0 ps 4.0 ps 8.0 ps 16.0 ps 1-4 ps 1 MHz 2 .0 ps 4.0 ps 8.0 ps 16.0 ps 32.0 ps 64.0 ps 1-4 ps Рис. 3.21. Рекомендуемая величина TAD.
В закрашенных красным областях указаны значения TAD, которые не рекоменду- ется использовать для АЦП. Удобство применения MPLAB Code Configurator заключается в том, что все мно- гочисленные настройки микроконтроллера выполняются конфигуратором автоматиче- ски и группируются в заголовочном (header) файле. При работе с MPLAB Code Configurator будем придерживаться обозначений, приведенных на рис. 3.7. Приступим к созданию проекта. Запускаем MPLAB X IDE и щелкаем по кнопке МСС в верхней панели инструментов, чтобы задействовать MPLAB Code Configurator. Получаем окно, показанное на рис. 3.22. Работаем вначале с разделом System Module. Для этого щелкаем по строке System Module в области I и устанавливаем следующие параметры: в области IV: ■ Oscillator Select -> Internal oscillator block; ■ System Clock Select -> INTOSC; ■ Internal Clock -> 8MHz_HFINTOSC/2; в области VI; ■ Снимаем галочку около опции Low-voltage Programming Enable; в области VII: ■ Устанавливаем выводы порта В на выход. Для этого в области VII щелкаем по замочкам в строке output порта В. Замочки замыкаются, и квадратики меняют цвет с синего на зеленый. File Edit View Navigate Source Refactor Production Debug Team Tools Window Help [Q,- Search (Ctrl +1) BQS%^^^ 7]?-°Й- [>•* о PC:0xO hovzdcc : W:0xO : bank 0 Proj.. Tree View Flat View Project Reso.. System Interrupt Module Pin Module System Module Device Resources @ r Documents PIC18F46K22 Product Page P Peripherals ► % ADC ► -v CCP ► hi Comparator ► У DAC f±_ ECCP l§ EUSART Iffil п.* г Naviga.. Versions • MPLAB® Code Configurator (Pli ' Libraries ▼ Microchip Technology, Inc. ▼ Microcontrollers and Periphl ► 8-brt AVR MCUs (v2.1.0) ► AVR IoT WG Sensor Nod^ ► MCP19XXX (vl.2) E I {§} Easy Setup [=§ Registers Start Page u\ Avalable Resources »| Pin Module й| Interrupt Module »| System Module Й1 LTLlIHH System Module [olio INTERNAL OSCILLATOR Current System dock 8 MHz Oscillator Select Internal oscillator block 8MHz_HFINTOSC/2 System Clock Select Internal Clock External Clock 1 MHz □ PLI Enabled Q Software PLL Enabled Q —PLL Capable Frequency WDT Watchdog Timer Period Watchdog Timer Enable Watchdog Timer Postscaler Watch dog timer is always disabled. SWDTEN has no effect Programming | | Low-voltage Programming Enable ^ 40 RC/pl RD4p2 RDbhi RDbM^ RD/Mb vssr]6 iGPIohs |GPI0My |GPIOMlO 11 J _Q Output - MPLAB® Code Configurator notifications [MCC] Pin Manager Grid View и Package: UQFN40 Pin Module ▼ GPIO GPIO nput 17 U 19 20 21 22 29 28 8 9 10 11 12 13 14 15 30 31 32 ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ 3 4 5 6 ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ <Ц}\ Рис. 3.22. Настройка раздела System Module.
Переходим к настройке конфигурационных битов. В области IV щелкаем по вкладке Registers (поз. 15). Появляется окно с конфигурационными битами. В разделе C0NFIG3H устанавливаем опцию MCLRE в состояние disabled, и опцию PRADEN в состояние digital, как показано на рис. 3.23. System Module U Easy Setup - PWRTEN -^ Registers Power up timer disabled T Register: CON FIG3H -, :- CCP2MX CCP3MX hFOrST MCLRE P2BMX PBADEN T3CMX CCP2 input/output is multiplexed with RC1 ' P3A/CCP3 input/output is multiplexed with RB5 •w hFINTCSC output and ready status are not delayed by the oscillator stable status •w RE3 input pin enabled; MCLR disabled T P2B is on RD2 ■v PORTB<5:0> pins are configured as digital I/O on Reset •w T3CKIisonRC0 •w w Register: CONFIG4L -,;:_ DEBUG 1 VP Disabled ^mnlp-^unnk." ГГ^Р rikahled •v - Рис. 3.23. Настройка конфигурационных битов. Переходим к настройке модуля ADC. Щелкаем по модулю ADC в области 11. Мо- дуль ADC перемещается из области 11 в область 1. Еще раз щелкаем по модулю ADC, но уже в области 1, и настраиваем параметры модуля ADC в области IV (рис. 3.24): ■ устанавливаем галочку в квадратике Enable ADC; ■ для параметра Clock Source устанавливаем значение FOSC/8. При этом пара- метр TAD приобретает значение 1,0 мкс, что является допустимой величи- ной, а полное время преобразования составляет 11,5 TAD или 11,5 мкс; ■ для параметра Result Alignment устанавливаем значение right; ■ для параметра Positive Reference устанавливаем значение external; ■ для параметра Negative Reference также устанавливаем значение external.
File Edit View Navigate Source Refactor Production Debug Team Tools Window Help *,Q^% 4 J 45 rcJ default J ' I/ .' Xw чй EJ>w PC: 0x0 n ov 2 dc с : VV:0x0 : bank 0 Proje... Files Clas... Ы H ...c.l" ljJ mam.с £3 Available Resources й Pin Module й Interrupt Module Ш System Module 4' '---- - - -' ^' . ^.ф' Hovv dol- IM © I Pin Manager: Package ... й I H Project Resou... ▼ System Inte"upt Module Pin Module System Module ▼ Periphera.s e q % adc О S "%e CCP5 Device Resources T Documents PIC1SF46IC2 Product Page ▼ Penphera s ► ."-" CCP ► __£. Comparatc ► ^ DAC ► -" ECCP ADC Easy Setup — Registers hardv.'are Settings [7] Enable ADC ADC Clock Cock So-'ce FCSC Accuisiticn Time %# ADC5 - D . Navigator Vers SS E Versions ► MPlABS Cede Configurator''Pljcr.i ▼ Libraries ▼ Microchip Technology Inc. w Microcontrollers and Penphera 5 ► S-olAVR V1CU; (v2.1.0) ► AVR-IoT VVG Sensor Node (Л, ► MCP19XXX«vl.2) ► PIC10/PIC12/ PIC16 ■■■ PIC18 ' ► PIC24/dsPIC33/PIC32MM V ► PIC32MXMCUe(v1.35; w Software S-oit Bcot'oader library :'v2.2 16-bit Бос-lcader iVl 16.0) Bc-arc Support Jbrary CcAP library CryotoAuthLibraiy 1TAC 0 1.0 us Sampling Frequercy 74.074-1 kHz Cor vers io" Time 11.5" "AC = 11,5 us Resut A.ignment Positive Reference Negative Re'Vence Auto-ccnversicn Trigger right externa externa CCP5 - - • - | I Enable ADC Interrupt Selected Channels Pin Internal Channel Internal Channel RAO Internal Channel Channel CTML R/RBuf2 A NO DAC с ran nel_C~MU channel_FVREuf2 channel_ANC> channel.DAC Custom Name r—I Р[МЫ? RD_. M i RDhM'1 RD/Mb vss M r. vdoF]/ ' RBnlflPTOMft '_RBl|GP10My ' RB2|GPIOMm ,uuuu 4 Mici PIC I П 14 ПППП 7Э Zb 33 TC ca go да (?з ju я. -п g-- DO О О тэ то -л та лгали ^j Ju ^n а^ гл С) гл а о о о б Output Notifications [MCC] Pin Manager: Grid View i Package: UQFN* Module ADCV CSC Pir Module ▼ RESET Function ANx V'REF- V'REF- CLKG GPIC GPIC MC.R Direction input input input output input output nput 17 18 19 20 21 22 29 28 Port A ▼ 9 10 11 12 13 14 15 30 Port В т ъ ъ ъ ъ 4 5 V 6 7 0 12 ъъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ а в в 3 4 5 6 7 0 ъъъ 31 32 | 33 38 39 40 1 Port С Т 1i2l3i4i5l6I7 Ъ Ъ Ъ Ъ Ъ ЪЪЪЪЪЪ!!!! в в в в в ЪЪ ЪЪЪ ЪЪЪ 0 1 ъ ъ ъ ъ Рис. 3.24. Настройка модуля ADC, В процессе настройки параметров конфигуратора кода необходимо периодически открывать вкладку Notifications [MCC] в нижней части окна конфигуратора кода и просматривать там сообщения. Эти сообщения предупреждают о неправильных па- раметрах настройки. Одно из появившихся предупреждений напоминает о необходи- мости настройки модуля ССР5. Настройка модуля ССР5 осуществляется следующим образом. Щелкаем в области II сначала по треугольной стрелочке слева от моду- ля ССР, а затем щелкаем по появившейся строке ССР5. Строка ССР5 перемещается вверх из области II в область I. Щелкаем уже в области I по строке ССР5 и да- лее в области IV для опции ССР Mode устанавливаем значение off/reset. Продолжаем настройку конфигуратора. Щелкаем в области I по строке Pin Module. В появившемся окне (рис. 3.25) в столбце Analog оставляем галочки для аналоговых входов RAO, RA2, RA3. Остальные галочки в этом столбце убираем. Запоминаем, что вывод RA0 в столбце Custom Name называется channel_AN0. На этом настройка параметров конфигуратора кода заканчивается. Щелкаем по кнопке Generate (поз. 9). В области VII получаем сообщение Generation complete. Открываем в области I дерево файлов проекта, щелкнув по вкладке Projects (поз. 7). Дерево файлов проекта показано на рис. 3.26.
File Edit View Navigate Source Refactor У i fLi LB % Чу & Proje... Files Clas.. defai How do I? T'ee Vie л Flat View Project Resou... Ge L ▼ System bte-rjpt Module Pin Modjle System Module v Peripherals © £3 ^ дсс © a ■"■•' ccp5 Device Resources r Documents PlC:S"46K22?rcc:uctPage r Peripherals ► ■*•-" CCP ► __j] Comparator Production Debug Team, Tools Window Help Q^" I ilt v C.u;' - ~4\'| - l> - 4'L Thr T ti-M l? f\ ' S PC:0x0 novzdcc :W:0x0:bank0 ,— ; U LS-J V пинт nm 4LJ L_lx <«W t—i .,.c.h 'qJ main,с и Available Resources и Pin Module n Interrupt Module n 5ystem Module... H 1 ► II 4 IД1 рщ Manager: Package ... ш Q Pin Module ® ADC5-D... Navigator Vers... я Н Versions ► MPLABS Code Cor,*igjratcr {Pluoin)1 w Libraries w Micochip Technology, Inc. ж Microcontrollers and Peripherals ► 3-bit AVRMCUs (v2.:.u) ► AVR-IoT WG Seisor Node ;vl, ► MCPi9)cxx(v:,2i ► PIC10 • РГС12/ PIC16 .- РГС13 ► PIC24 • dsPIC33 ■'PIC32MM fv; ► P1C32MX MCUs^l.35) ▼ Software ► S-oit Eootloader Libra"/ !V2,2, ► 16-bit Boctl=2der(vl,15.0! Easy Setup - Registers Selected Package : UQFN40 Pin Name A Module RAO ADC RA2 ADC RA3 ADC R30 Pin Module R31 PmModLe R32 PinModue |p.33 Pin Modi, e R34 Pin ModiJe Ir35 Pin Modue R36 PinModue R37 Pin Modu'e Function A NO VREF- Custom Name charirl_ANO V'REF* GPIC GPIC GPIC C-PIC GPIC GPIC GPIC GPIC IO.R30 IC_R31 IO.R32 IC.R33 IO.R34 IO.R35 10_R36 IO.R37 Stait High П □ LI □ 1 1 □ 1 1 Ш □ □ Analog • У — Output □ □ ! J 0 0 V' 0 . : и , 0 и 0 WPU — , : I RC/ RD-1 RDi RP>5 RD/ vss VDD ) RBfl|GPin >_RB1|GP10 тп -pa T! я r\ n n О St Lr -i* U* -UUUUI _ 40 JS JS J/ U' H< i TJ-i 3 MlCI 3 3' PICl n* Э > Rr32|GPIGMin [ 11 12 '13 14 1 ПППП1 j±L J± j£l SL op op 71 yz 72 -я SJ О! 33 UO jj± JE j£_ jz. c\ ci о а tj tj то тз О О О О Output Notifications [MCC; Package: I Module ADC ▼ CSC Pin Module ▼ RESET Function Af\x VREF- V'REF- CLKC C--IC G-IC MCLR Pin РЛападеп С Pin No: Direction inpjt mpjt 17 0 a rid View 18 1 ъ input output input output mp^t ъ ъ ъ ъ ш 19 20 2 ь А Ъ ь 21 22 29 Port AT 3 4 j 5 6 ъ а l^L 28 8 1 7 0 ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ й 9 1 ъ 10 11 1 12 Port В ▼ 2 3 1 4 ъ ъ ъ ъ й ъ ъ й й ъ й 13 14 15 5 6 7 ъ ъ ъ й й ъ й 30 | 31 32 0 1 2 Ъ ъ ъ Ъ Ъ Ъ Ъ 33 1 38 Port С ▼ 3 1 4 Ъ ъ а 39 40 11 34 5 ъ 6 ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ 7 ъ 0 ъ ъ ъ ъ ъ Рис. 3.25. Настройка раздела PIN Module. Projects % Files Classes Q ADC4 - l^jj Header Files - Щ MCC Generated Files ^J adc.h OJ ccp5.h 5J device_config.h a j mcc.h 5J pin_manager.h + © Important Files + щ Linker Files - Щ Source Files _] main.с - |£j MCC Generated Files Jj] adc.c ^J ccpS.c '--- ] device_config.c JJ mcc.c •:^J pin_manaqer.c + Щ Libraries + IE" Loadables Resource Ma... Рис. 3.26. Дерево проекта.
Здесь присутствуют файлы, которые были автоматически созданы конфигуратором кода. Открываем файл adc.h. Здесь имеются прототипы функций для использования в фале main.с: ■ void ADC_Initialize(void); Эта функция используется для инициализации ADC и должна быть вызвана до того, как будет вызвана любая другая функция. ■ void ADC_SelectChannel(adc_channel_t channel); Эта функция используется для выбора нужного канала для преобразования. Пример <code> uintl6_t convertedValue; ADC_Initialize(); ADC_SelectChannel (ANl_Channel); ADC_StartConversion(); convertedValue = ADC_GetConversionResult(); </code> ■ void ADC_StartConversion(void); Эта функция используется для запуска пре- образования . Пример <code> uintl6_t convertedValue; ADC_Initialize(); ADC_StartConversion(); convertedValue = ADC_GetConversionResult(); </code> ■ bool ADC_IsConversionDone(void); Эта функция используется для определения того, завершено преобразование или нет. Когда преобразование завершено, функция возвращает true. В противном случае возвращается false). Пример <code> uintl6_t convertedValue; ADC_Initialize(); ADC_StartConversion(); while(!ADC_IsConversionDone()); convertedValue = ADC_GetConversionResult(); </code> ■ adc_result_t ADC_GetConversionResult(void); Эта функция используется для получения аналого-цифрового преобразованного значения. Пример <code> uintl6_t convertedValue; ADC_Initialize(); ADC_StartConversion() ; while(ADC_IsConversionDone()); convertedValue = ADC_GetConversionResult(); </code>
■ adc_result_t ADC_GetConversion (adc_channel_t channel); Эта функция исполь- зуется для получения преобразованного значения на выбранном канале. Пример <code> uintl6_t convertedValue; ADC_Initialize(); conversion = ADC_GetConversion (ANl_Channel) ; </code> Откроем в дереве проекта файл main.с. После того, как будут удалены все комментарии из файла, он примет следующий короткий вид: #include "mcc_generated_files/mcc.h" void main(void) { SYSTEM_Initialize(); while (1) { // Add your application code } } Это минимальный начальный код файла main.с, который надо дописать до полной программы. Допишем код до полной программы. Программа работает по следующему алгоритму. Диапазон напряжений от (Vref+) до (Vref~) , состоящий из 1023 интер- валов, делится на две части: меньше 512 и больше или равно 512. При перемещении движка потенциометра, в зависимости от его положения в ниж- ней или верхней половине интервала, засвечиваются либо нижние четыре свето- диода, либо верхние четыре светодиода. Программа имеет вид: Пример 3.6. ADC #include "mcc_generated_files/mcc.h" uintl6_t convertedValue; // Объявление переменной convertedValue void main(void) { SYSTEM_Initialize(); // Инициализация системы ADC_Initialize(); // Инициализация модуля ADC while (1) { convertedValue = 0; ADC_SelectChannel(channel_AN0) ; // Выбор канала преобразования ADC_StartConversion(); // Запуск преобразования while(!ADC_IsConversionDone()); // Проверка условия окончания // преобразования convertedValue = ADC_GetConversionResult(); // Получение преобразованного значения if (convertedValue < 512) PORTB = ObOOOOllll; else PORTB = 0Ы1110000; } }
Загружаем в Протеус hex-файл, который находится по адресу: D : \Pro jects_PIC\ADC . X\dist\def ault\production\ADC . X. production. hex Запускаем моделирование. Передвигая движок переменного резистора, наблюдаем засвечивание либо четырех верхних, либо четырех нижних светодиодов. Теперь надо загрузить программу в микроконтроллер (прошить микроконтрол- лер) . Будем прошивать микроконтроллер с помощью программатора PICkit3 (рис. 3.27) и для этого необходимо установить на компьютер программу PICkit3. Рис. 3.27. Программатор PICkit3 с подсоединенной ZIF-панелью. Рис. 3.28. Обратная сторона ZIF-панели.
Следует иметь в виду, что в настоящее время на смену программатору PICkit3 пришел программатор PICkit4, и PICkit3 больше не доступен для заказа в компа- нии Микрочип. Однако программное обеспечение для PICkit3 можно скачать из ар- хива программного обеспечения компании: https://wwl.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/PICkit3%20Programmer%20App lication%20v3.10.zip Скачиваем по этой ссылке архивный файл PICkit3 Programmer Application v3.10.zip. Распаковываем архив, запускаем файл setup.exe и устанавливаем про- грамму PICkit3 v3.10. На рабочем столе компьютера автоматически появляется иконка этой программы. На рис. 3.27 показан программатор PICkit3 с подсоединенной ZIF-панелью, в которую устанавливается микросхема микроконтроллера при прошивке. На передней стороне ZIF-панели (ZIF - Zero Insert Force) имеется семь джамперов Л. . . J7. Джампер Л может располагаться в одной из трех позиций, джамперы J2. . . J7 мо- гут располагаться в одной из двух позиций. В ZIF-панель можно устанавливать микроконтроллеры, имеющие 8, 14, 18, 20, 28, 40 выводов. Необходимое расположение микроконтроллеров в ZIF-панели и со- ответствующее положение джамперов показано на обратной стороне ZIF-панели (рис. 3.28). Тонкая белая стрелка указывает на контур микроконтроллера и над стрелкой указано количество выводов для этого контура. Расположение микрокон- троллера в ZIF-панели должно соответствовать указанному контуру. В верхней части панели приведено положение джамперов в зависимости от количества выво- дов контура микроконтроллера. J PICkit 3 Programmer - BUR193268621J File Device Family Programmer Tools View Help PIC13F_K_ Configuration Device: PIC18F46K22 User IDs: FF FF FF FF FF FF FF FF Checksum: D3D4 PICkit 3 connected. ID = BUR193268621 2500 3F1F BFOD 0085 COOF EDDF 40DF Read Write Program Memory J Enabled I Hex Only Venfy Erase Blank Check Source: None iErrpty.'Erasedi ф Microchip 5,0 ; VDD PICkit 3 On /MCLR 0000 0010 0020 0030 0040 0050 0060 0070 0020 0090 00A0 0 0B0 FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF > FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF FFFF - EEPROM Data J Enabled 000 FF FF 010 FF FF 020 FF FF 030 FF FF Hex Only FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF ▼ 1 FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF FF > FF FF FF - Auto Import Hex + Write Device Read Device + Export Hex File PICkit" 3 Рис. 3.29. Окно программы PICkit3
При подсоединении программатора к ZIF-панели первый контакт программатора Vpp/MCLR, отмеченный белым треугольником, должен пристыковаться к аналогично- му контакту Vpp/MCLR ZIF-панели (рис. 3.27). Устанавливаем микроконтроллер в ZIF-панель, подсоединяем ZIF-панель к программатору PICkit3, с помощью USB- кабеля подсоединяем программатор к компьютеру. Запускаем программу PICkit3. Появляется интерфейсное окно, показанное на рис. 3.29. Программа самостоя- тельно определила микроконтроллер PIC18F46K22 и готова к дальнейшей работе. Нажимаем кнопку Erase (стереть) и обнуляем память микроконтроллера. Далее щелкаем по вкладке File и выбираем опцию Import Hex. Открывается проводник, находим в нем файл ADCX.production.hex: D:\Proj ects_PIC\ADC.X\dist\default\production\ADC.X.production.hex, который ранее загружали в Протеус, и щелкаем по кнопке «Открыть». В окне программы PICkit3 появляется запись «Hex file successfully imported». Щелкаем по кнопке Write, и программа записывается в память микроконтроллера. После этого в окне программы PICkit3 появляется запись «Programming Successful». Щелкаем по кнопке Verify и проверяем прошивку. Если в процессе прошивки ошибок не про- изошло, получим сообщение «Verification Successful». Снимаем микроконтроллер с ZIF-панели и переносим на макетную плату. На макетной плате необходимо собрать схему, аналогичную рис. 3.20. Чтобы правильно подсоединить выводы микроконтроллера, необходимо воспользоваться чертежом корпуса микроконтроллера PIC18F46K22, который приведен на рис. 3.30. MCLRA/PP/RE3 RA0 RA1 RA2/ RA3 RA4 RA5 RE0 RE1 RE2/ VDD VSS RA7 RA6 RC0 ♦ RC1 <*- RC2 ♦ RC3 ♦ RD0 *- RD1 -- ^ RD3 RD2 Рис. 3.30. Расположение выводов микроконтроллера PIC18F46K22. Собранная на макетной плате схема показана на рис. 3.31.
Рис. 3.31. Макетная сборка. 1. Источник питания +5 В. 2. Резисторы 200 Ом. 3. Светодиоды 4. Переменный резистор 1 кОм 5. Резистор 10 кОм. 6. Микроконтроллер PIC18F46K22 Подключаем питание к макетной плате и наблюдаем работу микроконтроллера. Подключение к микроконтроллеру жидкокристаллического индикатора Создадим проект LCD, для которого будем использовать двухстрочный ЖК дис- плей (жидкокристаллический индикатор) с 16 символами в каждой строке. Сущест- вует большое количество разновидностей ЖК дисплеев, отличающихся количеством строк, символов в строке, цветом подсветки и т.д., но все они построены на микроконтроллере Hitachi HD44780. Для работы с ЖК дисплеями создано большое количество стандартных библиотек. Будем использовать библиотеку для микроконтроллеров PIC, имеющуюся в составе программного обеспечения для демонстрационной платы Microchip PICDEM 2 Plus: https://www.microchip.com/en-us/development-tool/dml63022-l. Если скачать по данной ссылке программный код: PICDEM2pluscode, то можно найти там два файла lcd.h и led.с, которые будем использовать для работы с ЖК дисплеем. ЖК дисплей может работать в двух режимах: ■ 8-ми разрядном, когда для передачи информации используется 8 выводов; ■ 4-х разрядном, когда для передачи информации используется 4 вывода. Будем работать в 4-х разрядном режиме. В этом случае схема соединений для моделирования проекта в Протеусе будет иметь вид, показанный на рис. 3.32.
VDD RV1 • 10k U1 2* 4" 5" 5" 7' 14i 13- 33i 34i 35' 36" 37' 38' 39i 40" RA0/C12IN0-/AN0 RC0/P2B/T3CKI/T3GH~1CKI/SOSCO RA1/C12IN1-/AN1 RC1/P2A/CCP2/SOSCI RA2/C2IN+/AN2/DACOUTMREF- RC2/CTPLS/P1A/CCP1/T5CKI/AN14 RA3/C1IN+/AN3/VREF+ RC3/SCK1/SCL1/AN15 RA4/C1OUT/SR(^0CKI RC4/SDI1/SDA1/AN16 RA5/C20UT/SRNQ/SS1/HLVDIN/AN4 RC5/SD01/AN17 RA6/CLKO/OSC2 RC6/TX1/CK1/AN18 RA7/CLKI/OSC1 RC7/RX1/DT1/AN19 RB0/INT0/FLT0/SRI/AN12 RB1/INT1/C12IN3-/AN10 RB2/INT2/CTED1/AN3 RB3/CTED2/P2A/CCP2/C12IN2-/AN9 RB4/IOC0rT5G/AN11 RB5/IOC1/P3A/CCP3n-3CK^1G/AN13 RB6/IOC2/PGC RB7/IOC3/PGD RD0/SCK2/SCL2/AN20 RD1/CCP4/SDI2/SDA2;AN21 RD2/P2B/AN22 RD3/P2C/SS2/AN23 RD4/P2D/SD02;AN24 RD5/P1B/AN25 RD6/P1C;TX2/CK2/AN26 RD7/P1D/RX2/DT2/AN27 RE0/P3A/CCP3/AN5 RE1/P3B/AIM6 RE2/CCP5/AN7 MCLR/VPP/RE3 ■15 ■16 ■17 ■16 ■23 ■24 ■ 2Б ■26 ■19 ■ 20 121 '22 ■27 ■28 ■29 ■ 30 ■9 ■ 10 ■1 PIC18F46K22 LCD1 LM016L U=125.0Q со Q ш -„ CO Q Ш CO> o-«-r\|m^Ln(£)h- >>> СГСГШ QQQQQQQQ ^—IfNll i^|oolcr>|olH Рис. 3.32. Схема соединений для подключения ЖКИ. Выводы ЖК дисплея имеют следующее назначение: VSS - земля (минус источника питания); VDD - плюс источника питания (+5 В); VEE (другое обозначение - V0) - вывод для управления контрастностью дис- плея ; RS - настройка режимов приема или данных, или команд; RW - настройка режимов или приема, или передачи данных (при подключении к земле устанавливается режим приема); Е - линия синхронизации; D0...D7 - линии передачи данных и команд; (LED+), (LED-) - выводы питания подсветки (на схеме не показаны, поскольку при моделировании в Протеусе не используются, но их следует задействовать при создании макетного образца). Кроме того, при моделировании в Протеусе контакты VSS, VDD, VEE не исполь- зуются и подключать их, как показано на схеме, не надо. Они показаны для ото- бражения общего случая подключения контактов и будут использоваться при моде- лировании схемы на макетной плате. Микроконтроллер HD44780 содержит три вида памяти: DDRAM, CGROM, СGRAM. В DDRAM памяти содержатся ASCII коды символов. В памяти CGROM хранится изобра- жение выводимых символов. Память CGRAM является частью CGROM. Она используется для создания собствен-
ных символов. Для создания проекта будем использовать MPLAB Code Configurator. Запустим MPLAB X IDE и создадим проект LCD. В процессе создания проекта указываем, что будет использоваться микроконтроллер PIC18F46K22. Далее запускаем конфигура- тор кода МСС. Настраиваем параметры проекта, а именно: задаем работу выводов порта D на выход, используем внутренний генератор микроконтроллера INTOSC частотой 8 МГц, отключаем Low-voltage Programming (снимаем галочку в квадра- тике) , в конфигурационных битах отключаем вывод MCLR (MCLR disabled) . После того, как выполнены все настройки, нажимаем кнопку Generate. Файлы lcd.h и led.с из проекта PICDEM2Plus копируем в папку LCD.X нашего проекта. Далее в дереве проекта щелкаем правой кнопкой мыши по строке Header Files, в появившемся выпадающем окне выбираем строку Add Existing Item... и в следующем выпадающем окне выбираем файл led.h. Таким образом, мы добавляем файл led.h в наш проект. Аналогичным образом щелкаем правой кнопкой мыши в дереве проектов по строке Source Files и добавляем в наш проект файл led.с. Дерево проекта приобретает вид, как показано на рис. 3.33. File Edit View hJavigate Source Refactor Production tj Q Ш default Projects S3 Files Classes Resource... E -• D LCD - |£] Header Files ; Й lcd.h + Щ MCC Generated Files + idl? Important Files + -[щ Linker Files - l£] Source Files j | s [~~i ! t^J main.с + -щ МСС Generated Files t JTB Libraries + О Loadables Рис. 3.33. Дерево проекта с добавленными файлами led.h и led.с.
В файле led.h имеются прототипы функций, которые будут использованы в файле main.с: ■ void LCD_Initialize(void); эта функция инициализирует драйвер жидкокри- сталлического дисплея. Функция должна быть вызвана до того, как будет вы- звана любая другая функция ЖК дисплея. ■ void LCDPutChar(uint8_t ch); эта функция отображает указанный символ ASCII на ЖК дисплее. ■ void LCDPutCmd(uint8_t ch); эта функция отправляет команду на ЖК дисплей. ■ void LCDPutStr(const char *); эта функция отображает строку на ЖК дисплее. ■ void LCDGoto(uint8_t pos, uint8_t In); Эта функция переводит курсор в ука- занную строку и столбец. Программу main.с построим следующим образом. Для заданных значений тока и сопротивления будем вычислять по закону Ома напряжение и выводить его на ЖК дисплей. Программа имеет следующий вид: Пример 3.7. LCD #include ffmcc_generated_f iles/mcc.h" #include "led.h" #include "stdio.h" float U, I; int R; char Buffer[16]; void main(void) { SYSTEM_Initialize(); LCD_Initialize(); 1=0.125; while (1) { for (R = 0; R<= 1000; R=R+100) { U = I*R; LCDPutStr("U = "); // Вывод на ЖК дисплей строки "U = " sprintf (Buffer, ff%.2fn, U ); // Конвертация значений переменной U // в символы массива Buffer LCDPutStr(Buffer); //Отображение массива Buffer на дисплее LCDGoto(0,0); //Перевод курсора в нулевую точку на экране delay_ms(1000); LCDPutCmd(LCD_CLEAR) ; //Очистка экрана } } } Для вывода на ЖК дисплей используется оператор печати sprintf(Buffer, "%.2f, U). Необходимость использования оператора sprintf() вместо оператора printf() обусловлена тем, что ЖК дисплей отображает не буквы и цифры, а их символьную интерпретацию, поэтому необходимо вначале конвертировать буквы и цифры в символы массива char Buffer[16], а затем уже вывести эти символы на дисплей. Оператор sprintf() собственно и выполняет эту конвертацию. В данном случае в строку символов конвертируются значения переменной U. После того, как мы отладим программу и убедимся, что программа в Протеусе работает должным образом, можно приступать к её загрузке в микроконтроллер. Для загрузки программы будем использовать программатор PICkit3. Процесс за-
грузки подробно описан в предыдущем параграфе и еще раз описывать его не име- ет смысла. После загрузки программы в микроконтроллер приступаем к сборке макетного образца в соответствии со схемой соединений, показанной на рис. 3.32. Для сборки макетного образца также понадобятся чертеж выводов микроконтроллера PIC18F46K22 и чертеж выводов ЖК дисплея, показанные в предыдущем параграфе. Будем использовать отечественный ЖК дисплей модели MT-16S2H-2FLA (рис. 3.34) производства ОАО «АНГСТРЕМ». Дисплей аналогичен ЖК модулю HD44780 фирмы HITACHI. pMT-16S2H-2FLA пппппппппппппппп 14 13 12 1110 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1615 Вывод 1 2 3 4 5 6 7 8 g 10 11 12 13 14 15 16 Обозначение GND исс Uo АО R/W Е DB0 DB1 062 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 +LED -LED Назначение вывода Общий вывод (06) Напряжение питания (5В/ЗВ) Управление контрастностью Адресный сигнал — выбор между передачей данных и команд управления Выбор режима записи или чтения Разрешение обращений к модулю (а также строб данных) Шина данных (8-ми битный режим)(младший бит в 8-ми битном режиме) Шина данных (8-ми битный режим) Шина данных (8-ми битный режим) Шина данных (8-ми битный режим) Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы)(младший бит в 4-х битном режиме) Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы) Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы) Шина данных (8-ми и 4-х битные режимы) (старший бит) + питания подсветки - питания подсветки Рис. 3.34. Расположение и назначение контактов ЖК дисплея MT-16S2H-2FLA. Макетный образец показан на рис. 3.35. (Примечание. На макетном образце ис- пользуются два переменных резистора: левый - для управления контрастностью, правый - для регулирования напряжения подсветки. Как показал эксперимент, ре- гулирование напряжения подсветки не требуется).
Рис. 3.35. Макетная сборка. Подключение к микроконтроллеру температурного датчика Рассмотрим подключение к микроконтроллеру PIC18F46K22 температурного датчи- ка LM35. Серия датчиков LM35 - это прецизионные интегральные датчики темпера- туры , у которых выходное напряжение пропорционально температуре по шкале Цельсия. Датчик LM35 обеспечивает измерение температуры с точностью ±0.25 С в комнатных условиях и с точностью ±0.75 С в полном диапазоне рабочих темпера- тур -55...±150 С без внешней калибровки или подгонки выходного напряжения. Характеристики датчика LM35: ■ Калиброванное значение температуры по шкале Цельсия. ■ Линейное напряжение на выходе с коэффициентом 10 мВ/С. ■ Точность измерения температуры: + 0,25 С (при 25 С). ■ Диапазон измерений: -55...±150 С. ■ Напряжение питания: 4 ... 30 В. ■ Потребляемый ток: менее 60 мкА. ■ Уровень собственного нагрева: 0.08 С при неподвижном воздухе. ■ Выходное сопротивление: 0.1 Ом при токе нагрузки 1 мА. При однополярном подключении, указанном на рис. 3.36, диапазон измеряемых температур для LM35 находится в интервале от ±2 С до ±150 С. Сигнал с темпе- ратурного датчика поступает на микроконтроллер в виде аналогового сигнала (в виде напряжения, пропорционального температуре окружающей среды). Аналоговый сигнал преобразуется в цифровую форму. Цифровой диапазон преобразования ана- логового сигнала располагается в интервале от 0 до ±5 В. При 10-разрядном АЦП этот интервал разбивается на 1023 шага квантования. Один шаг квантования со- ставляет AU = 5000/1023 = 4,89 мВ 4,89 мВ соответствуют 4,89 мВ/10 мВ = 0,489 С. Таким образом, чтобы полу- чить значения температуры из конвертированного аналогового сигнала, надо при- менить формулу
tmp = convertedValue*5000/(1023*10) где tmp - значение температуры; convertedValue - конвертированное значение аналогового сигнала. VDC U 2 ЕЕ1 Ф Ф V0UT U1 14 13 34 7f; 39 40 R.AO/C12;N0-.'ANO RA1/C12M-.AN1 RA2/C2IN+/AN2/DAC0LT,VREF- RA^'CIIN+ZANS-VREF* RA4/C1GUT/SRQ,'TQCKI RA5,'C20UT/S4NQ.,SSJ1IHLVDIK1V RA6/CLKC/03C2 RA7/CLKI/OSC1 RCD.'P2B/T3CK!.T3G.,T1CKI.'"SOSCO RC1/F2A'CCP2'SGSCI RC2/CTF L3..F1 ACCP1 /75CKI /AM4 RC3.''SCK1/3CL1.'AM5 RC4/SDI1/SDA1.'AM5 N4 RC5,''SDC1.'AN17 RCfrTX'/CKI.'AMS RC7''RXl'DTb(AM9 RBCv'lNT0/FLTC/SRIAN12 RB1/INT1/C*2IN3-/AK1G RB2-1NT2/CTED^ANE. rb3/cte z2; ^zaccpz'c 121n2-/ak9 rb4;iog3.T5g;anii rb5/joc1 /рз ассрз.тзскт' g/an1i R66/!OC2,'TOC RB7/IOC3/PGD RD0/SCK2.,3CL2.'AN20 RD1/CCP4/SDI2/SDA2:AN2J RD2'P2B.'AN22 RC3'P2G,SS2:AN23 RD4.P2D,'SDC2;AN24 RD5..P1B;AN25 RD6/P1C-TX2/CK2AN25 RD7,''P1D.'"RX2'[DT2.,AN27 RED.'P3ACC=3/AN5 RE1/P3B/AN5 RE2''CCP5'AN7 (VCLR.VFP/RE3 15 15 17 1S 23 24 ' 19 » 23 218F46K22 T=32.26°C Рис. 3.36. Схема соединений для подключения температурного датчика. Приступим к созданию проекта. Назовем проект TempSensor. Суть проекта за- ключается в том, чтобы аналоговому сигналу с датчика LM35 с помощью аналого- цифрового преобразования поставить в соответствие цифровое значение темпера- туры и отобразить это значение температуры на ЖК дисплее. Аналого-цифровое преобразование сигнала и работа с ЖК-дисплеем подробно рассмотрены выше. Вначале создадим схему в Протеусе, которая представлена на рис. 3.36. Схема содержит следующие компоненты: Микроконтроллер PIC18F46K22. ЖК дисплей модели LM016L. Датчик температуры LM35. Выводы ЖК дисплея имеют следующее назначение: VSS - земля (минус источника питания); VDD - плюс источника питания (+5 В); VEE - вывод для управления контрастностью дисплея; RS - настройка режимов приема или данных, или команд; RW - настройка режимов или приема, или передачи данных (при подключении к земле устанавливается режим приема); Е - линия синхронизации; DO...D7 - линии передачи данных и команд; Запускаем MPLAB X IDE. Код программы будем создавать с помощью конфигурато- ра кода МСС. Для этого щелкаем по кнопке МСС в верхней панели инструментов и запускаем MPLAB Code Configurator. Дальнейшая последовательность работы с
конфигуратором кода по аналого-цифровому преобразованию сигнала (ADC) соот- ветствует описанной выше за исключением одной отличительной детали. При на- стройке модуля ADC для параметра Positive Reference устанавливаем значение VDD и для параметра Negative Reference устанавливаем значение VSS, как пока- зано на рис. 3.37 (выделено овалом). В параграфе выше для этих параметров ус- танавливалось значение external. Это приводит к тому, что при создании схемы в Протеусе не надо задействовать выводы (Vref ) и (Vref+) микроконтроллера, как и показано на рис. 3.36. Значения параметров в разделе Pin Module показана на рис. 3.38. ...d.r tilled.с ADC Available Resources Pin Module System Module S3 Interrupt Module S3 ADC CCP5... HI ► Ч п Easy Setup ~ Registers hardware Settings [7\ Enable ADC ADC Clock Clock Source Acquisition Time 1 TAD Sampling Frequency Conversion Time F CSC/8 1 - 0 •w 1.0 us 74.0741 kHz 11.5'TAD = 11.5 us Result Alignment Positive Reference Negative Reference right VDD - - VSS Auto-conversion Trigger CCP5 | | Enable ADC Interrupt Selected Channels Pin Internal Channel Internal Channel RAO Internal Channel Channel CTMU FVRBuf2 ANO DAC Custom Name channeljCTMU channel_FVRBuf2 channel_AN0 channel_DAC Рис. 3.37. Настройка параметров ADC для температурного датчика. Последовательность действий по подключению ЖК-дисплея полностью соответст- вует описанной в параграфе выше. Сначала файлы led.h и led.с из проекта для демонстрационной платы Microchip PICDEM2 Plus надо скопировать в папку TempSensor.X нашего проекта. Далее в дереве проекта щелкнуть правой кнопкой мыши по строке Header Files, в появившемся выпадающем окне выбрать строку Add Existing Item. ..ив следующем выпадающем окне выбрать файл led.h в папке TempSensor.X. Таким образом, файл led.h добавляется в проект. Аналогичным об- разом щелкнуть правой кнопкой мыши в дереве проектов по строке Source Files и добавить в проект файл led. с.
. Q MFLAB X IDE v6.05 - TempSensor2 : default File Ed t \/|ел Navigate Source Refactcr Procuction Debug Team Jook VVinclc^v Help *j Q шы 4j& "*ш< к • cii' - liL; • I/ •! О • ^ - Proje... Files Classes Res... x [»] ,...h Pm Module x System Module x Interrupt Module x ADC x CCPb x l_i_ 1_Ч 1Д1 Pin Manager. Package View > <V PC: 0x0 n ov z dc с : W:0x0 : bank 0 How do I? MCCv5.3.0 Project R... Ge hi... »> Easy Setup г ~ Registers (Selected Package : UQFN40 Penphera s 0 Q -Ъ adc О £Э •'■' ССР5 System Interrupt Mudulc Pin Module System Module Device Resources ▼ Penpheras ▼ ."■' CCP & £§ /-• CCP4 0 Comparator У DAC •°°° ECCP ?T EUSART ♦*t E>t_lnterrupt FVR — hU'D 2 Memory i^ MSSP ,". SR.atch \У Content Manager TempSensor2 - Dash bo... x Navigator ■t TenpSensor 2 л. Project Type: Application - Configurato sj) Device vJ*PIC18F4€K22 :« Checksum: Blank, no code loaded 03 CRC32: Hex file unavailable 3 Padks 3 PIC13F-K_DFP (1.3.249) lu" Compiler Toolcham Lu XC3 (v2.40) [C:'«Program Files'flier с ;'. PrnHnrtinr Ттлпр' Onhmi7*tinrv Hi» Pin Name ^ RAO RD1 RD2 RD3 RD4 RD5 RD6 RD7 Module Function Custom Na... ^DC AN0 charnel_An Pin Module GPIC IO_PD0 Pm Module GPIC Pin Module GPIC IO.RD2 Pm Module GPIC Ю RD3 Pm Module GPIC ю код Pm Module GPIC iq ^35 P.n Module GPIC IO_RD6 Pin Module GPIC Ю RD7 Start High 3 J Analog u П u П П U П Output Ы 0 bd и 0 73 Д о с о с RC7 }_R[>4|GPIO 33 7. S Б я x -, ri с n n n = = СП sT Ь О С UUUUL • 40 39 3S 37 M Hi Ц2 )_RDS|GPIoh3 )_RD6|GPIO H< rf vssHe M,« VDoB PIC1( RBO RF31 1<Б<! He H» 11 IP 14 14 1b ППППГ 3C 3= 33 33 3: ос з: с и a Ul -i» 1Л 7i -v Output Package: Module ADCT CSC Pm Modjie RESET Configuration Bits Pin Manager Grid View x Notifications [MCC] UQ"N40 - Pin No: Function Direction AN>: 7REF- VREF- CLKO GPIC GPIC MC-R input input input output input output input 17 18 19 20 21 22 29 28 8 Port A T )0 1 2 в ъ ъ 3 4 5 6 7 0 Ъ Ъ ъ ъ : : >i : : : . : ъ ь ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ V ъ ъ ъ ъ ъ ъ 9 1 ъ ъ ъ 10 11 12 13 14 15 30 31 Port В ▼ 2 ъ 3 4 5 ъ ъ ъ 6 7 0 1 Ъ ъ ъ ъ ъ ъ ъ ь ъ ъ ъ ъ ъ ъ и 32 33 38 Pott С ▼ 2 3 4, Ъ ЪЪ ъ ъ ъ ъ ъ Рис. 3.38. Параметры в разделе Pin Module. Окончательный код программы имеет вид: Пример 3.8. TempSensor #include ffmcc_generated_f iles/mcc. h" #include "led.h" #include<stdio.h> #include<stdlib.h> uintl6_t convertedValue; float tmp; char Buffer[16]; void main(void) { SYSTEM Initialize();
ADC_Initialize () ; LCD_Initialize () ; while (1) { convertedValue=0; ADC_SelectChannel(channel_ANO); ADC_StartConversion() ; while(!ADC_IsConversionDone()); convertedValue=ADC_GetConversionResult(); tmp=convertedValue*5000./(1023*10) ; LCDPutStr("T=") ; sprintf (Buffer , n.2f% tmp) ; LCDPutStr(Buffer) ; LCDPutChar(223); LCDPutChar(' С ' ) ; LCDGoto(0,0); delay_ms(1000) ; LCDPutCmd(LCD_CLEAR) ; } } После компиляции и загрузки программы в микроконтроллер щелкаем по двум красным кнопкам (+) и (-) на передней панели датчика температуры LM35, изме- няющим значение температуры, и наблюдаем, как отображаются значения темпера- туры на ЖК-дисплее. Подключение к микроконтроллеру малогабаритного шагового электродвигателя. Шаговый электродвигатель (Step Motor) состоит из подвижного ротора и непод- вижного статора. В статоре имеются катушки, при пропускании тока через кото- рые создается магнитное поле, взаимодействующее с магнитным полем ротора. В результате этого взаимодействия ротор получает вращение. Однако это вращение не является непрерывным, оно состоит из последовательности дискретных поворо- тов ротора на некоторый угол, т.е. состоит из отдельных шагов. В зависимости от конструктивного исполнения ротора различают три основных вида шаговых электродвигателей: ■ с переменным магнитным сопротивлением; ■ с постоянными магнитами; ■ гибридные. Первый тип двигателей используется редко. Наилучшими характеристиками обла- дают гибридные двигатели, которые получили широкое распространение, в том числе, в робототехнике. Поскольку все три типа шаговых двигателей идентичны по принципу действия, ограничимся описанием принципа действия только одного типа двигателей, и наиболее наглядным является описание двигателя с постоян- ными магнитами. Упрощенная схема этого двигателя показана на рис. 3.39в. Двигатель имеет статор с четырьмя катушками и ротор, состоящий из постоян- ного магнита. Катушки могут быть соединены либо попарно (рис. 3.39а), либо с одним общим выводом (рис. 3.396). Двигатель, у которого катушки соединены по- парно и имеют по два вывода, называется биполярным, и он имеет четыре вывода. Двигатель, у которого катушки имеют один общий вывод, называется униполярным, и он имеет пять выводов.
а) б) Рис. 3.39. Упрощенная схема шагового двигателя. Рассмотрим управление биполярным и униполярным двигателями. Начнем с бипо- лярного двигателя (последовательные положения ротора двигателя показаны на рис. 3.39а). В начальном (нулевом) положении ротор находится вертикально. Верхний полюс ротора имеет значение S (South), нижний полюс - N (North). На клемму А поступает напряжение (+), на клемму В поступает напряжение (-). Сер- дечник верхней катушки принимает значение N, сердечник нижней катушки прини- мает значение S. Разноименные полюса ротора и статора притягиваются, поэтому ротор находится в равновесии. В следующий момент времени напряжение снимается с клемм А и В и подается на клеммы D и С. На клемму D подается (-), на клемму С подается (+). Сердечник правой катушки принимает значение N, сердечник ле- вой катушки принимает значение S. Ротор, взаимодействуя с полюсами катушки, повернется на угол 90 градусов по часовой стрелке и займет горизонтальное по- ложение . Это первый шаг ротора. В следующий момент времени напряжение снима- ется с клемм D и С и подается на клеммы А и В, но уже в противоположной по- лярности, нежели в нулевой момент времени. Ротор опять повернется на 90 гра- дусов по часовой стрелке и займет вертикальное положение, но уже с противопо- ложным расположением полюсов N и S. Это второй шаг. Далее по аналогии выпол- няются третий и четвертый шаги, в результате которых ротор совершает полный оборот. В данном случае режим управления называется полношаговым. Один шаг ротора составляет 90 градусов. Рассмотрим управление униполярным двигателем (рис. 3.396). В этом случае напряжение подается не на пару катушек, как для биполярного двигателя, а только на одну катушку. На общем выводе U всегда присутствует (+), а напряже- ние (-) на первом шаге подается на катушку В, на втором шаге - на катушку С, на третьем шаге - на катушку D, на четвертом шаге - на катушку А и т.д. Это также полношаговый режим. Один шаг составляет 90 градусов. Управление унипо-
лярным двигателем осуществляется проще, но в управлении участвует только одна катушка, а не две, как у биполярного двигателя. Вследствие этого вращающий момент ротора у униполярного двигателя получается меньше. Для униполярного двигателя можно также осуществить другой режим управления. В этом режиме напряжение подается на две смежные катушки. Тогда ротор будет занимать промежуточное положение между катушками. Действительно, если полюс ротора имеет, например, значение S, а на двух смежных катушках статора будет N, то ротор займет среднее положение между катушками, так как ни одна из них не перетянет ротор на свою сторону. Этот режим вращения также будет полноша- говым, но ротор на каждом шаге будет занимать среднее положение между катуш- ками статора. Поскольку во вращении ротора будут принимать участие две катуш- ки, то вращающий момент здесь будет больше, чем в предыдущем случае, когда напряжение подается на одну катушку. Совмещая подачу напряжения на одну и две катушки можно реализовать полушаговый режим вращения. Для этого надо подавать напряжение на катушки А, В, С, D в следующей последовательности: А, АВ, В, ВС, С, CD, D, DA. В этом случае шаг поворота будет составлять 45 градусов. Реальный ротор шагового двигателя имеет много постоянных магнитов, как схема- тично показано на рис. 3.39в. Поэтому шаг двигателя будет значительно меньше 45 градусов. Кроме того, за счет увеличения катушек в статоре и специальных алгоритмов подачи напряжения на катушки можно реализовать микрошаговый режим, когда угол поворота ротора составляет около одного градуса. Для управления шаговым двигателем можно использовать микроконтроллер. Но поскольку ток, выдаваемый микроконтроллером, недостаточен, чтобы управлять двигателем, используются драйверы. Драйвер выполняется в виде микросхемы, в которой в качестве усилителей тока используются транзисторы. И, кроме того, в микросхеме имеются встроенные диоды, защищающие транзисторы от обратного тока катушек статора. На рис. 3.40 показан униполярный шаговый микродвигатель мар- ки 28BYJ-48 с пятью выводами и драйвер, выполненный на микросхеме ULN2003A. Для подключения драйвера к выводам микроконтроллера используются штыревые контакты IN1...IN7, а для подключения к двигателю используется пятиконтактный разъем. К разъемам VCC и GND драйвера подключаются (+) и (-) источника пита- ния напряжением 5 В. Для промышленных целей используются более мощные двига- тели стандарта NEMA: NEMA17, NEMA23, NEMA34 и т.д. Рис. 3.40. Шаговый микродвигатель 28BYJ-48 с драйвером ULN2003A.
Скорость вращения ротора шагового двигателя определяется частотой подачи импульсов напряжения на выводы катушек статора. Направление вращения ротора определяется последовательностью задействованных катушек. Так, например, что- бы осуществить обратное вращение (против часовой стрелки) при полушаговом ре- жиме надо подавать напряжение на катушки в обратной последовательности: А, AD, D, DC, С, СВ, В, ВА. Для моделирования работы униполярного шагового двигателя соберем схему в Протеусе, показанную на рис. 3.41. При замыкании кнопки начинается вращение двигателя и одновременно засвечивается светодиод. При отпускании кнопки вра- щение останавливается, светодиод гаснет. +5V R1 10k "TL U1 4 15 16 RAO/AND RA1/AN1/LVDIN RA2/AN2/VREF- RA3/AN3/VREF+ RA4/TQCKI RA5/MCLFWPP RA6/OSC2/CLKO RA7/OSC1/CLK1 05 R2 О D1 LED-YELLOW Ф -± RBD/AN4/1NT0 RB1/ANS/mCK/1NT1 RB2/P1B/INT2 RB3/ECCP1/P1A RB4/AN6/RX/DT/KBI0 RB5/PGM/KBI1 RBttPGCm OSO/T1СК1УР1C/KBI2 RB7/PGDm OSI/P1D/KBI3 17 18 10 л J2 13 PIC18F1220 U2 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B COM 1С 2C 3C 4C 5C 6C 7C ULN2003A Рис. 3.41. Схема соединений для подключения шагового электродвигателя. Компоненты, участвующие в схеме, можно подобрать в Протеусе по ключевым словам: ■ BUTTON, ■ LED-YELLOW, ■ MOTOR-STEPPER, ■ PIC18F1220, ■ RES, ■ ULN2003A. Напишем программу для управления двигателем, которую назовем Step_Motor. Каждая катушка двигателя связана с определенным выводом микроконтроллера, по- этому подавая логическую «1» на некоторый вывод микроконтроллера, мы тем са- мым подаем напряжение на соответствующую катушку. Так, например, если катушки A, В, С, D двигателя связаны соответственно с выводами RB0, RBI, RB2, RB3 микроконтроллера, то чтобы реализовать полушаговый режим управления: А, АВ, B, ВС. С, CD, D, DA, надо последовательно подавать «1» на выводы: RB0; RB0/RB1; RBI; RB1/RB2; RB2; RB2/RB3; RB3; RB3/RB0 микроконтроллера.
Программа main.с для полушагового режима имеет следующий вид: Пример 3.9.1. StepMotor #pragma config OSC = INTI02 #pragma config FCMEN = OFF #pragma config IESO = OFF #pragma config PWRT = OFF #pragma config BOR = OFF #pragma config BORV = 3 #pragma config WDT = ON #pragma config WDTPS = 32768 #pragma config PWMPIN = OFF #pragma config LPOL = HIGH #pragma config HPOL = HIGH #pragma config FLTAMX = RA5 #pragma config TIOSCMX = LOW #pragma config MCLRE = OFF #pragma config STVREN = ON #pragma config BBSIZ = BB256 #pragma config XINST = OFF #pragma config CPO = OFF #pragma config CP1 = OFF #pragma config СРВ = OFF #pragma config CPD = OFF #pragma config WRTO = OFF #pragma config WRT1 = OFF #pragma config WRTC = OFF #pragma config WRTB = OFF #pragma config WRTD = OFF #pragma config EBTRO = OFF #pragma config EBTR1 = OFF #pragma config EBTRB = OFF #include <xc.h> #define _XTAL_FREQ 8000000 #define Step_del delay_ms(7) #include <stdio.h> #include <stdlib.h> void main(void) { TRISB=0x00; PORTB=0x00; TRISA=0bllll0000; PORTA=0bllll0000; OSCCON = ObOlllOllO; int i , j; while(1) { if(PORTAbits.RA4==0) { PORTA| = (l«l) ; for (i=l; i<=512; i=i+l) { if(PORTAbits.RA4==1) { P0RTA&=-(1«1) ; break; }
PORTB=0b00000001; Step_del; PORTB=0b00000011; Step_del; PORTB=0b00000010; Step_del; PORTB=0b00000110; Step_del; PORTB=0b00000100; Step_del; PORTB=0b00001100; Step_del; PORTB=0b00001000; Step_del; PORTB=0b00001001; Step_del; } PORTB=OxOO; Step_del; for (j=l; j<=512; j=j+l) { if(PORTAbits.RA4==1) { P0RTA&=-(1«1) ; break; } PORTB=0b00001001; Step_del; PORTB=0b00001000; Step_del; PORTB=0b00001100; Step_del; PORTB=0b00000100; Step_del; PORTB=0b00000110; Step_del; PORTB=0b00000010; Step_del; PORTB=0b00000011; Step_del; PORTB=0b00000001; Step_del; } } } return; } Уберем конфигурационные биты в header файл. Для этого щелкнем правой кноп- кой мыши в дереве проектов по строке Header Files и выберем опции Header Files -> New -> xc8_header. h. В появившемся окне исправляем newxc8_header на Step_Motor и щелкаем Finish. В области редактора откроется содержимое заголо- вочного файла Step_Motor.h. Весь имеющийся здесь текст удаляем и вставляем конфигурационные биты из программы main.с. После этого в программу main, с записываем строку с заголовочным файлом #include "Step_Motor.h" Программа примет следующий вид:
Пример 3.9.2. Step Motor2 #include "Step_Motor.h" #include <xc.h> #define _XTAL_FREQ 8000000 #define Step_del delay_ms(7) #include <stdio.h> #include <stdlib.h> void main(void) { TRISB=0x00; PORTB=0x00; TRISA=0bllll0000; PORTA=0bllll0000; OSCCON = ObOlllOllO; int i, j; while(1) { if(PORTAbits.RA4==0) { PORTA| = (l«l) ; for (i=l; i<=512; i=i+l) { if(PORTAbits.RA4==1) { P0RTA&=-(1«1) ; break; } PORTB=0b00000001; Step_del; PORTB=0b00000011; Step_del; PORTB=0b00000010; Step_del; PORTB=0b00000110; Step_del; PORTB=0b00000100; Step_del; PORTB=0b00001100; Step_del; PORTB=0b00001000; Step_del; PORTB=0b00001001; Step_del; } PORTB=0x00; Step_del; for (j=l; j<=512; j=j+l) { if(PORTAbits.RA4==1) { P0RTA&=-(1«1) ; break; } PORTB=0b00001001; Step_del; PORTB=0b00001000; Step_del; PORTB=0b00001100; Step_del; PORTB=0b00000100;
Step_del; PORTB=0b00000110; Step_del; PORTB=0b00000010; Step_del; PORTB=0b00000011; Step_del; PORTB=0b00000001; Step_del; } } } return; } В программе имеются два оператора цикла, задающие вращение двигателя в про- тивоположных направлениях. Ротор двигателя делает 512 шагов и совершает при этом один оборот сначала в одну сторону и затем 512 шагов в другую сторону. В даташите на двигатель 28BYJ-48 указано, что на один оборот приходится 64 шага ротора, но поскольку на выходе двигателя стоит встроенный редуктор, то на один оборот получается 512 шагов. При моделировании в Протеусе приходится долго ждать, пока ротор сделает 512 шагов, поэтому оператор цикла для модели- рования в Протеусе необходимо записать следующим образом: for (i=l; i<=3; i=i+l) Поскольку в программе многократно применяется оператор задержки delay_ms (7) то в программу введена директива препроцессора #define Step_del delay_ms(7) Здесь после слов define и Stepdel необходимо ставить пробел. При использо- вании этой директивы достаточно указать в ней новое значение задержки, напри- мер, вместо 7 задать 50, и соответствующие изменения автоматически произойдут во всех строках программы, использующих оператор задержки Stepdel. При моде- лировании в Протеусе надо применять времена задержки в пределах 50...100 мс, потому что Протеус плохо отрабатывает малые времена и ротор начинает дергать- ся на одном месте. В программе, в частности, используется фрагмент кода if (PORTAbits .RA4==1) { P0RTA&=-(1«1) ; break; } Назначение этого фрагмента - немедленно выйти из оператора цикла и быстро остановить выполнение программы при отпускании кнопки. После компиляции программы загружаем в Протеус файл Step_Motor.X.production.hex, который находится по адресу: D:\Projects_PIC\Step_Motor.X\dist\default\production\Step_Motor.X.production. hex где Step_Motor - название проекта. Прошивать микроконтроллер будем с помощью программатора PICkit3. Устанавли- ваем микроконтроллер в ZIF-панель, подсоединяем ZIF-панель к программатору, а программатор к компьютеру. Запускаем программу PICkit3, появляется интерфейс- ное окно программы, в котором нажимаем кнопку Erase и обнуляем память микро-
контроллера. Далее щелкаем по вкладке File и выбираем опцию Import Hex. От- крывается проводник, находим в нем файл Step_Motor.X.production.hex и щелкаем по кнопке «Открыть». В окне программы PICkit3 появляется запись Hex file successfully imported. Щелкаем по кнопке Write, и программа записывается в память микроконтроллера. После этого в окне программы PICkit3 появляется за- пись Programming Successful. Щелкаем по кнопке Verify и проверяем прошивку. Если в процессе прошивки ошибок не произошло, получим сообщение Verification Successful. Снимаем микроконтроллер с ZIF-панели и переносим на макетную пла- ту. На макетной плате необходимо собрать схему, аналогичную изображенной на рис. 3.41. Чтобы правильно подсоединить выводы микроконтроллера, необходимо воспользоваться чертежом корпуса микроконтроллера PIC18F1220, который приве- ден на рис. 3.42. Макетная сборка показана на рис. 3.43. 18-Pin PDIP,SOIC RAO/ANO RA1/AN1/LVDIN RA4H-0CKI MCLRA/PP/RA5. VSS/AVSS - RA2/AN2A/REF- RA3/AN3A/REF+ RB0/AN4/INT0 RB1/AN5/TX/ CK/INT1 с € С С L С ■С ■С с 1 2 з 4 5 6 8 9 W О I18F1X2 Q. 18 17 16 15 14 13 12 11 10 3 3 3 1 3 3 3 3 RB3/CCP1/P1A RB2/P1B/INT2 - OSC1/CLKI/RA7 ■ OSC2/CLKO/RA6 ■ Vdd/AVdd RB7/PGD/T10SI/ P1D/KBI3 RB6/PGC/T10SO/ T1CKI/P1C/KBI2 RB5/PGM/KBI1 RB4/AN6/RX/ DT/KBIO Рис. 3.42. Выводы микроконтроллера PIC18F1220. Рис. 3.43. Макетная сборка для моделирования работы шагового электродвигателя и программатор Р1СШЗ с ZIF-панелью.
1. ZIF-панель 2. Программатор PICkit3 3. Драйвер с микросхемой ULN2003A 4. Шаговый двигатель 5. Светодиод 6. Резисторы 10 кОм и 220 Ом 7. Кнопка 8. Микроконтроллер PICI8FI220
Техника МАНОМЕТРЫ ТЕРМОПАРНЫЕ Приступив к сборке откачного поста для изготовления любительских электрова- куумных и ионных (газонаполненных) приборов в домашней мастерской, неизбежно столкнулся с выбором средств измерения остаточного давления в «системе». Де- лом, как оказалось, мудрёным, но и прелюбопытным. Прямые измерения отрица- тельного давления, как, например, в манометрах барометрических и компрессион- ных — процесс небыстрый, громоздкий и хлопотный, часто требующий ртуть и не- мало. Применять подобные средства измерения, например, U-манометры с маслом, разумно только для градуировки рабочих вакуумметров косвенного измерения — где используется какой-то из физических эффектов связывающий давление и некую электрическую (не всегда и не везде) величину. Например, в манометрах сопро- тивления (Пирани), ухудшение вакуума в колбе лампы-преобразователя увеличива- ет потери тепла нагретой током металлической нити. Регистрируемая величина — изменение сопротивления нити или количество затраченной на нагрев энергии. Рассмотрим же ещё один тип очень распространённых манометров — тепловые тер- мопарные — как включаются, как работают, особенности, ретро и современные за- водские варианты, измерительные блоки для них. Преобразователь Использует тот же принцип, что и манометр Пирани: в высоком вакууме нагре- тое тело теряет тепло только посредством излучения, при наличии же газа — из- лучением и теплопроводностью. В отличие от Пирани, в термопарном преобразова- теле полезным сигналом является электродвижущая сила (ЭДС) миниатюрной термо- пары, тепло к которой, передаётся от нити нагревателя, через коротенькую ме- таллическую перемычку. Хуже вакуум — больше потерь тепла от нагревателя к стенкам колбы — меньше нагревается термопара — меньше напряжение на её выво- дах.
Фото 1.1. Весьма распространённая термопарная лампа-преобразователь ПМТ-2 львовского завода «Полярон»: А — внешний вид; Б — устройство преобразователя; В — современная переходная металлическая деталь с ре- зиновым уплотнением и фланцем KF-16, перед установкой в «систему» бал- лон лампы вскрывают, бариевый геттер удаляется. Предок ПМТ-2 — мано- метрическая лампа ЛТ-2 (Г) московского электролампового завода (МЭЛЗ). Благодаря прозрачной стеклянной колбе преобразователя ПМТ-2, легко и позна- вательно увидеть его типовое устройство — на никелевых траверсах подвешен на- греватель из платиновой нити, обеспечивающей длительную работу при высоких давлениях. К его средней точке прикреплена термопара хромель-копель (Фото 1.1. Б). Ра W 1,0 0,1 \р' г— г ...... zr -=г ^ — - Л^ L \ - 1* 12 — ЕЕ — — i — ГР i^ - I } ^^ ^ ^*v| ^m zE — 1 / — и \\ / 1 — ^- H — m / e •fl / Je — —■ —- 'Г" — •- —■ :^ h~"Z ~~ " • m ^^^ -4 ^^ — £ — -""! № j.1 8 9 MB Рис. 1.2. Устройство и подключение термопарной манометрической лампы — А, где: 1 — миллиамперметр для измерения тока подогревателя; 2 — милли- вольтметр для измерения ЭДС термопары; 3 — подогреватель; 4 — термопара (спай в точке А приварен к подогревателю — Фото 1.1. Б); 5 — источник питания подогревателя; 6 — реостат; 7 — выключатель; 8 — трубка для при- соединения к вакуумной системе. Градуировочные кривые преобразователя ПМТ-2 по воздуху и некоторым газам — Б 7.5*10"3 Торр; 10 Па = 7.5*10"2 Торр) . (ОД Па = 7.5*10"4 Торр; 1 Па =
Лампа ПМТ-2 с завода откачана до 10~4...10~5 Торр (мм рт. ст.) и запаяна, для поддержания и индикации наличия низкого давления, прибор снабжён распыляемым бариевым геттером в отрезаемом носике (Фото 1.1. В). Достаточное (меньше ниж- него порога измерения) разрежение в лампе нужно для удобной первоначальной калибровки этого датчика пользователем-вакуумщиком по месту — лампу не вскры- вая, присоединяют к измерительному блоку, и определяют ток нагревателя, при котором ЭДС термопары, в этом условном для ПМТ-2 вакууме, будет равняться 10 мВ. Полученный ток (обычно 90...150 мА) , отныне является паспортной величиной лампы, его устанавливают и поддерживают во время дальнейшей работы прибора. В случае натекания лампы (попадание внутрь воздуха), нормальный вид барие- вого геттера (тёмное зеркало) нарушается — зеркальный слой может побелеть, частично или полностью испариться. Лампу в таком случае следует вскрыть, при- соединить к вакуумной системе (через ловушку с жидким азотом — для выморажи- вания паров) и собственноручно откачав до требуемых «ниже 10~4 Торр» калибро- вать . Фото 1.3. Натёкший преобразователь ПМТ-2 с испарившимся геттером (сверху) и её уцелевший коллега (снизу). Использовать в работе можно обе лампы, но с верхней придётся повозиться больше. > 4 ,L1 LtoBom « X »» t* Фото 1.4. Лампы ПМТ-2 и тем более ЛТ-2 давно прекратили выпускать, теперешние вакуумщики пользуются остатками со складов и закромов, которых, вероятно, припасено ещё на десятилетия, тем более лампа это долговечная. Современные же приборы — прямые аналоги, с радостью и удовольствием делают в Китае в нескольких вариантах (фото), заодно предлагают и нанести на лампы любую маркировку. В России такие лампы попадаются под именем «ПМТ-2М» и кроме прочего, легко определяются по отсутствию геттера.
Работают с термопарным вакуумметром так — в результате калибровки получаем паспортный ток нагревателя — он даёт показания термопары 10 мВ в сильно отка- чанной лампе, там, где теплопотери через газ ничтожно малы. Это конец шкалы измерительного прибора-вакуумметра (милливольтметр на Рис. 1.2. А). Присоеди- нив лампу к вакуумной системе и установив найденный паспортный ток, снимаем ЭДС термопары и переводим в общепринятые единицы давления по градуировочной кривой (Рис. 1.2. Б). Работа тепловых преобразователей связана с потерей теп- ла через газ, а значит, и с теплопроводностью газа. Её учитывают через инди- видуальные градуировочные кривые (Рис. 1.2. Б) или поправочные коэффициенты из спецлитературы. В отличие от стеклянных ламп, металлический и чуть более компактный вариант отечественного преобразователя — ПМТ-4М не запаян вовсе — его штенгель закрыт резиновой пробочкой от попадания пыли, влаги и разной пронырливой живности. Эта лампа калибруется на заводе, и ток нагревателя указан на баллоне (Фото 1.5. А). Как видно (Фото 1.5. Б) присоединительные размеры ламп отличаются. Металлический штенгель ПМТ-4 придётся вварить, впаять или раздобыть подходя- щий зажим-переходник «грибкового типа». Фото 1.5. Манометрическая лампа — термопарный преобразователь в металлическом баллоне — ПМТ-4М (А) выпускал новосибирский элек- тровакуумный завод (НЭВЗ); Б — присоединительные и габаритные размеры ПМТ-2, ПМТ-4. Термопарный преобразователь, например, ПМТ-2 можно заставить работать и при более высоких давлениях. В этом случае, из-за большого количества газа вокруг нити нагревателя, его, нагревателя, теплопотери будут слишком высоки, чувст- вительность датчика резко упадёт. Чтобы нормализовать его работу при измере- нии давлений в диапазоне 10...100 Па лампа калибруется при атмосферном давлении (вскрытой) и термоэдс 1.2 мВ. Рабочий ток через подогреватель ПМТ-2 в этом режиме увеличивается примерно в два раза. Интересно, что такой режим в пас- порте лампы не приведён, хотя его использовали некоторые ранние вакуумметры.
Фото 1.6. Панельный (для установки в приборную стойку) ретровакуум- метр ВТ-2А, имевший два диапазона измерений в режиме постоянства то- ка нагревателя преобразователя; градуировочная кривая по воздуху преобразователя ПМТ-2, работающего с повышенным током накала. Ваку- умметр имеет простейшую схему, из примечательного в нём — только феррорезонансный стабилизатор напряжения и внушительный корпус. Так же как и в родственных манометрах сопротивления применяют режим измере- ний с постоянным сопротивлением нити, в манометрах термопарных существует ре- жим — с постоянной ЭДС термопары, например, для стеклянного ПМТ-2 он паспорт- ный и позволяет существенно расширить диапазон измерений вверх. Для измерений в этом режиме лампа калибруется «по атмосфере» — её вскрывают и, установив ток подогревателя аж 600 мА, снимают ЭДС термопары (4...10 мВ) . Измерения с по- стоянной ЭДС выполняют так: у лампы, подключённой к исследуемой вакуумной системе, увеличивают ток подогревателя до появления на термопаре калибровоч- ного значения. По измеренному току подогревателя, через специальную градуиро- вочную кривую, определяют давление. Рис. 1.7. Градуировочные кривые преобразователя ПМТ-2, работаю- щего в режиме постоянства температуры (постоянной ЭДС термопары) по сухому воздуху и некоторым газам. Заводской вакуумметр с ре- жимом постоянной ЭДС преобразователя — стабилизатор и усилитель постоянного тока на германиевых транзисторах, необычная измери- тельная головка со световым указателем.
Работа ПМТ-2 в режимах измерений высоких давлений, с большим количеством газа и крупной долей теплообмена конвекцией, имеет и специфическое требование к установке этой лампы — только вертикально и термопарой (цоколем) вверх. Лампы, работающие только в диапазоне низких давлений, допускается устанавли- вать вертикально с любым положением цоколя, что здорово облегчает компоновку вакуумной системы. i 1 ТЕРМОПАРА НАГРЕВАТЕЛЬ И^ l«»4h;i П iot циннии ^ lyacuunn oft L ~= Г и и к С и в I Рис. 1.8. Термопарные манометрические лампы старого образца име- ют просторную конструкцию с траверсами. Существуют, однако, и современные компактные варианты: А — устройство компактного пре- образователя; американское (В) и китайское (В) исполнения такого датчика; Г — типичные размеры. Термопарный преобразователь хотя и долговечная лампа, но обычно работает близко к масляным механическим форвакуумным насосам, и в той или иной степени загрязняется парами масла. Это заметно снижает и без того неблестящую точ- ность прибора: лампу придётся время от времени очищать (промывать органиче- скими растворителями) и калибровать заново. Стеклянные баллоны в этом смысле имеют преимущество — степень загрязнений в них оценить легче. ** *> <А ЯК I) Ч. \ / Фото 1.9. Ещё несколько компактных современных термопарных преобра- зователей с разными вариантами присоединения к вакуумной системе. Популярнее остальных — удобные, быстроразъёмные KF-фланцы. Цоколь, как видим, традиционный — старый добрый октальный.
Измерительный блок Вакуумметр, это манометрическая лампа-преобразователь плюс измерительный блок. С некоторыми заводскими измерительными блоками мы уже познакомились, приведём ещё несколько вариантов, в порядке развития и усложнения. Фото 2.1. Измерительные блоки ВТ-6 (вакуумметр тепловой) (А) и пре- док широко известного до сих пор, универсального блока ВИТ (вакуум- метр ионизационно-термопарный), здесь, его первый вариант — ВИТ-1 (Б) . Эта пара преобразователей (тепловой термопарный, ионизационный) перекрывает наиболее применимый диапазон давлений Ю-1... Ю-7 Торр и вместе с вариантами ВИТ, имела широчайшее распространение. Фото 2.2. Вот они, легенды! — ВИТ-2, ВИТ-3. Каждый из них имел исполнения для установки в приборную стойку, входные каскады преобразователей в обоих случаях выполнены на миниатюрных элек- трометрических лампах.
Фото 2.3. Несколько более современные блоки для термопарных преобра- зователей — что-то из заграничного, в стандартной пластиковой короб- ке; и отечественный прибор с цифровым индикатором и подключением сразу двух манометрических ламп. Фото 2.4. Отечественные современные измерительные блоки. Умеют рабо- тать со старыми манометрическими лампами-преобразователями на совер- шенно другом уровне — компактны, имеют несколько удобных форм пред- ставления данных, встроенный цифровой самописец, связь с ПК и специ- альную программную оболочку для такой дистанционной работы, набор программируемых релейных выходов, автоматическую калибровку и другие подобные радости. Фото 2.5. Современный универсальный, термопарно-ионизационный изме- рительный блок МЕРАДАТ-ВИТ — специализированный измерительный компь- ютер и он же в своей родной стихии около вакуумной установки. «Тёп- лым ламповым» — светится ионизационный преобразователь ПМИ-2, МЕРА- ДАТ лежит на мягкой подкладке неудачно — перекрыты вентиляционные отверстия снизу, а греется прибор в этом режиме сильно.
Манометрические термопарные лампы-преобразователи в целом и ПМТ-2 (ПМТ-4) в частности и в первую очередь — старинные приборы, всё ещё имеющие широкое хо- ждение — звёзд с неба не хватают, но доступны, просты, дёшевы и не слишком капризны в обращении. Стеклянные варианты имеют некоторые преимущества в еже- дневной рутинной работе, хотя установить в систему её чуть сложнее. Раритет ПМТ-2 имеет целых две, условно «не задокументированных возможности», расши- ряющих диапазон возможных измерений. Термопарные лампы имеют большие погрешности и в принципе расцениваются как индикаторные. Однако, специфика высоковакуумных установок часто допускает весьма грубое определение предварительного вакуума — как всего лишь необходи- мого условия для старта и работы высоковакуумной ступени. Более или менее точные измерения в диапазоне высоких форвакуумных давлений проводятся редко, показания вакуумметра здесь, как правило, свидетельствуют только о нормальной работе оборудования и отсутствии грубых течей. Рабочий же газ в ионные прибо- ры помещают при ещё более высоких давлениях, с которыми преотлично справляют- ся обычные механические манометры-круглошкалики деформационного типа. Фото 3.1. Механические вакуумметры разного класса точности, малень- кий — вибростойкий вариант, его стрелка плавает в жидкости. Измере- ния с такими приборами простому смертному неочевидны — «О» шкалы этого прибора — атмосферное давление (^760 мм рт. ст. = 760 Торр) . Вся шкала прибора — 1 Атм, т. е. «-1» шкалы прибора = 0 Торр. Современные измерительные блоки ставят работу со старинными лампами- преобразователями на несравненно более высокий уровень, однако, и стоит такое оборудование изрядно. Очень простой принцип измерений и доступность элементной базы дают возмож- ность самостоятельной сборки внешних цепей — от макета с использованием лабо- раторных приборов общего применения (источник питания, милливольтметр), до специальных аналоговых или цифровых приборов, в том числе и для многоточечных измерений.
Техника МАНОМЕТРЫ ИОНИЗАЦИОННЫЕ Как мы уже знаем, для работы с (самодельными) электровакуумными и ионными приборами желательно иметь откачной пост, умеющий создавать высокий вакуум — снижать давление в обрабатываемом приборе от атмосферного (~ 760 мм рт. ст.), до остаточного, не выше 10~5 мм рт. ст. (Торр) . Как не существует сравнитель- но простого (удобного, доступного, недорогого) насоса, перекрывающего такой огромный диапазон, также нет и простых вакуумметров «атмосфера — высокий ва- куум». Обычная практика в таких случаях — разделение откачки на предваритель- ную (форвакуум) и высоковакуумную ступень, где действуют разные принципы те- чения газа, способы его удаления и измерения давления. Рассмотренные нами ма- нометры барометрические и тепловые (Пирани, термопарные), работают в области высоких (близких к атмосферному) и средних давлений — до 10~3...10~4 Торр, дав- ления же в области высокого вакуума, обычно измеряются ионизационным маномет- ром, составляющим традиционную пару с тепловым. Рассмотрим же такой манометр ионизационного типа — принцип действия его преобразователя, варианты ходовые, исторические, заводские, интересные. Схемы включения, особенности работы, из- мерительные блоки. Как всегда, с прицелом на любительскую электровакуумную лабораторию-мастерскую и вдумчивую ручную работу. Работа такого преобразователя основана на ионизации оставшегося газа элек- тронным потоком и измерении образовавшегося ионного тока — пропорционального остаточному давлению. Электронный поток в преобразователе получают обычно — от накалённого током проволочного катода к положительно заряженному аноду, так же как и в приёмно- усилительных лампах, и даже конструкция некоторых преобразователей здорово напоминает хрестоматийный вакуумный триод. Манометрические лампы, однако, имеют заметные и важные отличия, иначе включаются и даже назначение электро- дов имеют другое.
Фото 1.1. Схема устройства манометрической лампы ПМИ-2 (А) , где: 1 — стеклянный баллон; 2 — коллектор ионов; 3 — сеточный анод, 4 — катод; В, Г — внешний вид лампы ПМИ-2. Рассмотрим типичное устройство ионизационного преобразователя на примере всё ещё весьма распространённой манометрической ретролампы ПМИ-2 в стеклянном баллоне (Фото 1.1.) . Прибор имеет колбу из стекла молибденовой группы и после вскрытия укрупнённого штенгеля, может быть припаян им к стеклянной вакуумной системе напрямую, лезвийным спаем через медь или ковар, наконец, может быть присоединён через «уплотнение грибкового типа» с резиновым колечком, так же точно как и низковакуумная термопарная лампа-преобразователь ПМТ-2. Катод на- шей ПМИ-2 — прямонакальный из чистого вольфрама. Сеточный анод преобразовате- ля также выполнен из вольфрамовой проволоки 0 0,2 мм в виде бифилярной спира- ли и имеет выводы от обоих концов для удобного его обезгаживания (прокалива- ния) пропусканием тока (3 А), при работе же на него подаётся +200 В. Цилиндр коллектора ионов сделан из никеля, а для уменьшения токов утечки его вывод вынесен вверх. Рабочий потенциал коллектора -50 В. Рис. 1.2. Схема включения ионизационного датчика (1); эскиз его уст- ройства (2) ; траектория электрона (3) . На эскизе: К — катод, АС — анод-сетка, Ки — коллектор ионов. В некоторых случаях удобнее вклю- чать преобразователь так же как и обычный усилительный триод — с по- ложительным потенциалом (несколько сотен вольт) на коллекторе ионов и небольшим (несколько десятков вольт) потенциалом на внутренней сетке (4), хотя такой способ и менее чувствителен.
Работает ионизационный преобразователь так: вольфрамовая нить катода, на- греваемая электрическим током, испускает в окружающую среду с разрежённым га- зом электроны. Электроны, имея отрицательный заряд, устремляются к электроду с положительным потенциалом — аноду-сетке. Некоторые электроны проходят сквозь витки этой сетки и в пространстве между анодом и цилиндром коллектора ионизируют молекулы оставшегося газа. Образовавшиеся ионы, имея заряд положи- тельный, собираются на отрицательном коллекторе ионов (Рис. 1.2.) — появляет- ся ионный ток, тем больший, чем больше газа в системе. Интересна судьба пролетевших сквозь сетку электронов: имея отрицательный заряд, они не могут попасть на отрицательный коллектор. Достигнув точки про- странства с нулевым потенциалом, они останавливаются и начинают движение об- ратно — к положительной анодной сетке. В результате, у сетки непрерывно ко- леблются электроны, и прежде чем попасть на анод, каждый из них совершает в среднем около пяти колебаний (Рис. 1.2. (3)), что повышает вероятность столк- новения с молекулой газа — такая схема включения (Рис. 1.2. (1)) оказывается более чувствительной (чем схема Рис. 1.2. (4)). Измеренное давление вычисляется по формуле Р = С*1; где: I — измеренный ионный ток (А) , С — постоянная преобразователя (Торр/А — паспортная величи- на) . ПМИ-2 позволяет измерить остаточные давления в диапазоне 10-3...10-7 Торр. Рис. 2.1. Интересная рукодельная стеклянная лампа — ионизационный преобразователь, отличающаяся запасным табельным катодом и конструк- цией, позволяющей сравнительно легко их заменять1. Компоновка и вклю- чение электродов обычные, на эскизе: 1 — коллектор ионов с верхним выводом; 2 — анод из никелевой сетки, свёрнутой и закреплённой тон- кой проволокой на трубчатой стеклянной ножке 3, один из выводов этой проволоки образует вывод вбок; 4 — жёсткая стойка-траверса и две по- ловины нити накала на ней — обычно используется одна из половин, при её перегорании — вторая. Полностью перегоревшие нити нетрудно заме- нить, отколов удлинённую ножку с внешним впаем (отмечено синеньким) и припаяв аналогичный узел или восстановив старый. На схеме включе- ния : 5 — «шунт Айртона» для гальванометра 6; 7 — предохранители. Прибор позволял измерять давления в диапазоне 10~3...10~9 Торр. Высшая граница измеряемых давлений, для ионизационных преобразователей — Ю-3 Торр обусловлена традиционным материалом горячего катода — вольфрамом, дающим самую стабильную эмиссию, однако, такие нити перегорают при атмосфер- 1 Стронг Д. Техника физического эксперимента. Ленинград, 1948 г.
ном давлении и очень недолго работают при высоких (Ю-4...Ю-3 Торр) давлениях. Например, ресурс ПМИ-2 при давлении в системе 10~5 Торр — 750 часов; 10~4 Торр — 75 часов; 10~3 Торр — 7.5 часов. Отсюда — следует всемерно беречь работаю- щую лампу от «прорыва атмосферы» (контакта с атмосферой «на ходу»), что и для остальной высоковакуумной части оборудования сродни аварии. Не следует также длительно использовать такую лампу при высоком (выше Ю-4 Торр) давлении. Для работы при сравнительно высоком давлении горячий катод преобразователя может быть выполнен из платины или некоторых других жаростойких на воздухе металлов. В целом, для работы ионизационного преобразователя в диапазоне высоких дав- лений , прибор должен иметь: ■ химически стойкий к действию газов катод; ■ малую чувствительность — небольшие расстояния между катодом и анодом; ■ прямой, без колебаний, характер движения электронов с катода на анод (схе- ма включения с внешним анодом Рис. 1.2. (4)); ■ высокую эффективность улавливания коллектором образовавшихся ионов; ■ малую плотность электронного тока; Исходя из этих требований, сконструированы специальные ионизационные преоб- разователи для работы в диапазоне высоких давлений, например, отечественный ПМИ-10-2 (0,75...7.5*10~5 Торр). Рис. 2.2. Устройство (А) и внешний вид (Б) ионизационного преоб- разователя ПМИ-10-2, где: 1 — металлический корпус; 2 — никеле- вые пластины — коллектор ионов; 3 — воздухостойкий П-катод — на иридиевом керне нанесено покрытие из окиси иттрия, обеспечиваю- щее сравнительно низкую температуру; 4 — анод — сравнительно толстая пластина с овальным вырезом в центре. Электроды смонти- рованы на жёстких коваровых выводах, иридиевый керн катода обес- печивает его стойкость к высоким давлениям активных газов. В — ещё один ионизационный преобразователь с иридиевым оксидным ка- тодом и расширенным вверх диапазоном измерений. Способность проводить измерения в области высокого и сверхвысокого вакуума (выше Ю-8 Торр) для традиционной конструкции преобразователя ограничивается возникновением мягкого рентгеновского излучения при столкновении электронов с деталями лампы — возникающая фотоэлектронная эмиссия даёт постоянный ионный ток, уже не зависящий от давления газа.
Рис. 3.1. Ионизационный преобразователь Байярда-Альперта. Схема устройства и фото варианта в стеклянном баллоне с разными спосо- бами присоединения. На эскизе: 1 — горячий катод; 2 — сетка- анод ; 3 — коллектор ионов. Значительно расширить область измеряемых давлений вниз позволила конструк- ция преобразователя, предложенная Байярдом и Альпертом. Для уменьшения рент- геновского фотоэффекта они радикально уменьшили коллектор ионов — выполнив его в виде тонкой металлической нити, а саму электродную систему, натурально, вывернули наизнанку (Рис. 3.1.). Конструкция получилась удачной — простой, лаконичной, со значительно сниженным нижним пределом. Объём, заключённый внутри сетки-анода усовершенствованного прибора, остаёт- ся примерно таким же, как и в старой конструкции — количество ионизированного газа не изменилось. Коллектор же ионов теперь обладает очень малой площадью, рентгеновских лучей, излучаемых сеткой-анодом, на него попадает немного — по сравнению с обычной конструкцией, оно меньше на несколько порядков. Кроме то- го, новая конфигурация электродов привела к лучшему распределению электриче- ского поля, что повысило эффективность ионизации, а расположение коллектора в середине позволило улавливать больше образующихся ионов. Всё это отодвинуло нижнюю границу измеряемых давлений с 10~7 Торр, до 10~10...10-11 (!) Торр, то есть, примерно на четыре порядка, захватив область сверхвысокого вакуума. Как мы уже знаем, горячий вольфрам довольно эффективно связывает остаточные газы несколькими механизмами, ионизированный газ тоже частично поглощается металлами электродов — работающий ионизационный преобразователь представляет собой миниатюрный высоковакуумный насос. В смысле измерений это представляет проблему. Фото 4.1. Старая добрая ПМИ-2 с современным измерительным блоком. Лампа новая, не вскрытая, не обезгаженная прогревом. Тем не менее, хорошо видно её откачивающее действие — график давления (отмечено) монотонно ползёт вниз — за несколько часов заводские остаточные 10~4 Торр упали до 10~б Торр.
Забираясь в область высокого и сверхвысокого вакуума, кроме прочего, следу- ет помнить и о меняющемся режиме течения газов — теперь из-за большой длины свободного пробега, молекулы редко сталкиваются между собой, двигаясь подобно лучу света. При этом сужения и повороты вакуумного трубопровода становятся для них существенной преградой или сопротивлением — высоковакуумный ионизаци- онный преобразователь традиционного устройства — как отдельный прибор с не- толстой соединительной трубкой, может (и будет) показывать местное пониженное остаточное давление, заметно не соответствующее давлению в других частях сис- темы. Фото 4.2. Бескорпусный ионизационный преобразователь классического типа (с внешним коллектором — цилиндром) ПМИ-3-2, собранный на высо- ковакуумном фланце (на фото — с защитной транспортировочной крышкой и расчехлённый). Имеет заменяемый (пользователем!) воздухо-стойкий катод из иридия, покрытого двуокисью иттрия. Конструкция прибора и металлическое (отожжённая медь) уплотнение позволяют прогревать при- бор (обезгаживание) до 400 С. Современные высоко- и сверхвысоковакуумные установки обычно имеют рабочую камеру с набором стандартных фланцев для установки необходимого оборудования, в которые среди прочего устанавливаются и специальные бескорпусные ионизаци- онные преобразователи — для более точных измерений по месту. Фото 4.3. Высоковакуумные (сверхвысоковакуумные) камеры нескольких размеров и форм (без соблюдения масштаба). Как правило, изначально снабжаются большим набором фланцев для установки оборудования и не- сложной модернизации установки. Ненужные на текущий момент патрубки заглушаются.
Фото 4.4. Высоковакуумные (сверхвысоковакуумные) установки в сборе. Электронный иониза- ционный манометрический пре- образователь ПЛШ-12-8. / — катод: 2- анод (сетка); 3 — коллектор ионов; 4 — экран; 5 — Сланец; 6 — цоколь Рис. 4.5. Отечественный бескорпусный ионизационный преобразова- тель с внутренним коллектором (Байярда-Альперта) ПМИ-12-8. На фото — такой же «Байярд-Альперт» — ПМИ-27. В пробирках — сменные иридиевые оксидные катоды (!). При сравнительно несложной принципиальной схеме включения ионизационного преобразователя внешние блоки для работы с этими датчиками претерпели те же самые эволюции, что и измерители тепловые — от больших и тяжёлых железных ящиков с аналоговой схемой, ручным управлением, стрелочными приборами и в це- лом простейшим устройством, до современных измерительных компьютеров — ком- пактных цифровых автоматических блоков с богатыми возможностями. \0"П:' Фото 5.1. Всё ещё широко известные в отечественной практике, недоро- гие, универсальные аналоговые вакуумметры ВИТ-2, ВИТ-3 (вакуумметр ионизационно-термопарный), охватывающие наиболее применимый диапазон давления — с «почти атмосферы», до высокого вакуума — 10~7 Торр. Входные цепи выполнены на электрометрических лампах, ручное управле- ние, имеется выход для самописца.
Существовали и отдельные блоки для ионизационных датчиков, измерители с на- бором релейных выходов для управления установкой по остаточному давлению. В целом же, измерительные блоки вакуумметров развивались сообразно с эволюцией элементной базы — приборы аналоговые усложнялись, сменились цифровыми «с низ- кой степенью интеграции», наконец, превратились, натурально, в специализиро- ванный измерительный компьютер. Фото 5.2. Современный вариант универсального вакуумметра для ходовых преобразователей. Работа прибора в низковакуумном (с лампой ПМТ-2) и высоковакуумном (ПМИ-2) диапазоне. Удобное представление данных, бортовой самописец, набор релейных выходов, связь с ПК, дистанцион- ная и автоматическая работа. Составив общее представление о популярных высоковакуумных вакуумметрах, бу- дем иметь в виду — рассмотренные варианты лишь наиболее часто встречающиеся — первоначальная идея работы ионизационного преобразователя оказалась плодо- творной базой для совершенствования. Также формально к ионизационным можно отнести и простейшие разрядные трубки, и сверхвысоковакуумные варианты «с хо- лодным катодом» — с радиоактивным источником, с магнитным полем и тому подоб- ное. в) Ж) з) Рис. 6.1. Принципиальные схемы вариантов электродных систем иониза- ционных преобразователей: а — прямопролётный (высокого давления, на- пример, ПМИ-10) ; б — с внешним цилиндрическим коллектором (ПМИ-2) ; в — Бйярда-Альперта (с внутренним коллектором) ; г — с внутренним кол- лектором и торцевыми стенками; д — с осевым коллектором и модулято- ром; е — экстракторный; ж — орбитронный; з — супрессорный; 1 — ка- тод; 2 — анод; 3 — коллектор; 4 — модулятор; 5 — отражатель ионов; 6 — экран; 7 — супрессор.
Практические соображения к применению ПМИ-2: установка лампы вертикально, можно цоколем вниз, близко к откачиваемому объёму, а высоковакуумные трубо- проводы должны быть по возможности короткими и большого сечения, повороты свести к минимуму. Лампу перед измерениями следует прокалить — сетку-анод пропусканием тока, цилиндр коллектора — ТВЧ. Такой прогрев (обезгаживание) придётся выполнять после каждого контакта лампы с атмосферой. Включение лампы при атмосферном давлении равно её смерти, а работа при давлениях ниже Ю-4 Торр прискорбно снижает ресурс. Число электронно-ионных пар (вероятность ионизации), образующихся при столкновении электрона с молекулой газа, зависит от энергии электрона и рода газа — чувствительность ионизационного преобразователя к разным газам неоди- накова — если измерения проводятся в «системе» с газом, отличающимся от сухо- го азота (воздуха), приходится пользоваться поправочными коэффициентами. Откачивающее действие ионизационного преобразователя можно использовать как весьма простой чистый (безмасляный) высоковакуумный насос для опустошения не- больших лабораторных объёмов.
Техника ИЗМЕРЕНИЕ ВАКУУМА В ЛАМПЕ Теперь, воробьи уже стрелянные, мы знаем, как непросто обеспечить необходи- мый для длительной и нормальной работы (самодельной) лампы высокий вакуум — в котором склонны испаряться даже металлы, в них же обнаруживаются и выбираются наружу впитанные ранее газы и даже предательское стекло, инертнейший, каза- лось бы, материал, содержит и испаряет газы и воду. Все эти ужасы можно не прекратить, но сократить до приемлемого уровня тщательнейшей очисткой и слож- ной подготовкой материалов, их вдумчивым подбором и применением постоянно действующего в электровакуумном приборе (ЭВП) микронасоса — геттера. То есть, вакуумную приёмно-усилительную лампу невозможно сильно откачать раз и навсе- гда — внутри её баллона при нужном разрежении устанавливается некое равнове- сие поступающих и поглощающихся газов. Отсюда, чрезвычайно полезна задача оп- ределения, хотя бы качественного, разрежения и по возможности состава газов в готовой лампе — для корректировки процесса изготовления, выявления брака или уточнения режимов эксплуатации. К вакуумным приборам прибавим и ионные (газонаполненные). Сформулируем точ- нее, — попробуем припомнить и подшить к делу сравнительно простые способы и средства получения сведений о текущем остаточном давлении и составе газовой атмосферы в вакуумных и газонаполненных приборах. Как обычно, с учётом их кустарного изготовления в домашней мастерской. Низкий и средний вакуум. Нить накала — манометр Пирани Рассмотрев способы косвенного измерения остаточного давления, внимательный читатель, конечно, заметил сходство некоторых манометрических преобразовате- лей с устройством серийных ЭВП. Например, тепловой манометр Пирани — нагретая металлическая нить, по теплопотерям которой можно судить о степени разрежения газа вокруг неё. Такой способ измерений годится для сравнительно высоких ос- таточных давлений — до 10~4 мм рт. ст. (Торр) и может быть использован для исследований и экспериментов с вакуумными и газонаполненными лампами накали- вания, низковакуумными приёмно-усилительными лампами с прямонакальным като- дом.
Рис. 1.1. Измерительная схема манометра Пирани — мостик Уитсто- на: А — прибор с одной манометрической лампой, равновесие мости- ка наступает при условии ri/r2 = r3/r4; Б — прибор с манометриче- ской (ЛМ) и компенсационной (К) лампой для уменьшения погрешно- сти, вносимой колебаниями температуры окружающего воздуха. Компенсационная лампа прибора представляет собой точную копию манометриче- ской, но откачанную до остаточного давления заведомо более низкого, чем ниж- няя граница измерений прибора, и запаянную. В обычных условиях производствен- ных измерений в области до 10~3 Торр, влияние изменений температуры воздуха не столь велико — допустимо использовать схему с одной лампой (Рис. 1.1. А), и сопротивлением г1 из манганиновой или константановой проволоки. Рис. 1.2. Несколько манометрических ламп Пирани, с вольфрамовыми нитями: А — с четырьмя параллельными короткими спиральными нитя- ми, в колбе стандартной лампы накаливания; Б — с длинной нитью, зигзагообразно подвешенной на проволочных или стеклянных держа- телях; В — преобразователь из стандартных вакуумных ламп накали- вания, одна из которых (1) , вскрытая и присоединённая к иссле- дуемому объёму — манометрическая, запаянная (2) — компенсацион- ная, а вся сборка помещена в термостатируемый корпус и жгутом 4 присоединена к измерительному мостику.
Следует помнить, что манометр Пирани показывает полное давление газовой смеси, включая и пары (например, воды). Для избавления от последних, применя- ют вымораживание их жидким воздухом или азотом. Показания манометра Пирани также зависит от рода газа, однако, для большинства газов эта разница несуще- ственна, кроме очень лёгких или очень тяжёлых (например, водород, пары ртути и т. п.). Применив такой способ измерений, можно организовать оперативную отбраковку дефектных ламп, увидеть, как ухудшает вакуум неудачная отпайка (переплавление стеклянного штенгеля), как работают некоторые геттеры и связываются газы. Фото 1.3. Нынешние самоделыцики часто используют ранние лампы как прототипы для своих работ — старинные технологии повторить проще. Коль скоро речь зашла о самодельных лампах накаливания, полюбуемся их первыми вариантами, где, между прочим, хорошо вид- но и устройство некоторых важных узлов. Тело накала в самых ста- рых «лампах Эдисона», оказывается, было вовсе не нитью и крепи- лось винтовыми зажимами. Концы же угольной нити (*) вклеивались каплей токопроводящехю состава, вероятно, на основе сажи, сме- шанной с выхюраемым связующим (биндером) . Высокий вакуум. Усилительный триод — ионизационный преобразователь Весьма популярный способ измерения остаточного давления в диапазоне высоко- го и сверхвысокого вакуума — горячий катод испускает поток электронов, на- правляющихся к положительному аноду. Электроны, сталкиваясь с молекулами ос- тавшихся газов, ионизируют их. Образовавшиеся ионы собираются отрицательным электродом, по величине этого ионного тока судят об остаточном давлении. Пер- вичные преобразователи ионизационного типа могут напоминать вульгарный триод — некоторые приёмно-усилительные лампы можно использовать в таком качестве и многие — для измерения вакуума в собственной колбе. В последнем случае, дос- таточно, чтобы у ЭВП имелась хотя бы одна внутренняя управляющая сетка. Как видим (Рис. 2.1 (2)) один из вариантов включения ионизационного преоб- разователя полностью соответствует типовому включению триода: поток электро- нов от горячего катода направляется к сильно положительному аноду, в проме- жутке между катодом и сеткой электроны сталкиваются с оставшимися молекулами газов, ионизируют их. Положительные ионы собираются слабо отрицательной сет- кой, образуется ионный ток, пропорциональный остаточному давлению.
Рис. 2.1. Ионизационная манометрическая лампа (преобразователь) (1) «с внешним коллектором», где: К — катод; А — анод; С — сет- ка. Ионизационный преобразователь можно включить двумя способа- ми: так, чтобы коллектором ионов была сетка (2) ; чтобы коллекто- ром ионов был анод (3). Обратный ток сетки в приёмно-усилительной лампе, явление очень вредное и зависит не только от количества остаточных газов, но и от утечек по изолято- рам, вторичной эмиссии (при сильном нагреве сетки и (или) напылении на сетку активных металлов — катода или геттера). Специальными приёмами1 можно изме- рить и отдельные его составляющие, однако, в заводской практике обычно без затей оценивают суммарный обратный ток управляющей сетки и если он не превы- шает некоторой положенной величины для данного типа ламп, прибор считают год- ным. Ионный ток в лампе накаливания Организовать ионизацию остатков газа и определить получившийся ионный ток — меру остаточного давления в колбе, просто и удобно в ЭВП с хотя бы одной имеющейся, внутренней сеткой. Используя, однако, некоторую фантазию и глубо- кое понимание протекающих процессов, можно обойтись и одним (независимым внутренним) электродом, используя электролитическую проводимость стекла. Для этого лампу помещают в водный раствор электролита, например, в подкис- лённую воду, а рядом с колбой погружают ещё один электрод и собирают внешнюю цепь (Рис. 3.1.) . Нить лампы накаливают переменным током. В полупериод с от- рицательным, относительно внешнего электрода (и колбы), потенциалом, с нити на колбу пойдёт электронный ток, из-за заметной проводимости тонкого стекла, замыкающийся через внешнюю цепь. В другой полупериод, когда нить положительна по отношению к колбе, в противоположном направлении пойдёт ионный ток, тем больший, чем выше давление в лампе (чем больше осталось газа). Гальванометр G (прибор постоянного тока) в цепи внешнего электрода покажет ток, направление и сила которого будут зависеть от соотношения ионного и электронного тока, и последний можно компенсировать постоянным напряжением от батареи. 1 Иориш А.Е. и др. Основы технологии производства электровакуумных приборов. 1961 г.
9 £_ М> d ■ay I Ml 300\ 27S\ 2S0\ 225\ 200\ Г75 fSG\ f26 100 75 I i i " | "~| l fO'TO^C I'MMIH Рис. 3.1. Схема измерения остаточного давления в лампах накаливания, по методу Эвеста и Альтертума; градуировочная кривая способа. Рабочий газ под небольшим разрежением. Тлеющий разряд Приложив высокое напряжение к электродам газоразрядного прибора, в ряде случаев можно с приемлемой точностью, по форме и цвету свечения разряда, кон- тролировать , например, наполнение прибора рабочим газом или обнаруживать течи и грубые примеси. В случае если прибор безэлектродный или не предназначен для такой работы, разряд можно зажечь аппаратом Тесла, наложив его выводы на стекло колбы. Фото 4.1. Демонстрационные безэлектродные газоразрядные лампы с благородными газами. Внешний вид разряда Давление мм рт. ст. Разряда нет Вспышки на поверхности электродов . . . Слабосветящаяся фиолетовая полоса . . . Сплошное свечение фиолетово-красного цвети Сюистый характер свечения Расстояние между слоями увеличявается Зеленая флуоресценция стекла Флуоресценция ослабевает, свечения нет от 760 до 50 -20 от 20 до 10 -3 -1 ниже 1 -10 -10' -2 Табл. 4.2. Вот как описывают характерное свечение тлеющего разряда в разрежённом воздухе при разных давлениях в трубке 0 20...30 мм, длиной 200 мм. Для других размеров разрядной трубки, её электродов, рода и частоты тока и газа, цвет и форма разряда могут быть иными.
Спектральные наблюдения Уловив и пропустив испускаемый газом свет через узкую щель и треугольную призму или дифракционную решётку, можно получить их эмиссионный спектр, даю- щий много полезных сведений, и сведений весьма подробных и точных — состав газовой атмосферы, общее давление газа, парциальные давления составляющих компонентов. Увы, для точных измерений нужны весьма дорогостоящие приборы (например, монохроматор), однако и простейшие поделки из крашенного чёрным картона, обломков лезвий и куска DVD диска, при некоторой аккуратности и ка- либровке могут обнаружить примеси в рабочем газе, распыление электродов в разряде и подобные процессы. Фото 5.1. Классические спектральные трубки «гантельки» — для увеличения яркости свечения, средняя часть шнура разряда сжата капилляром. Фото 5.2. Непрерывный спектр солнечного света и эмиссионные спектры некоторых газов (1); 2 — спектр лампы ДРТ-125, полученный с помощью простого самодельного прибора; 3 — спектр компактной люминесцентной лампы неважного качества (тот же самодельный прибор).
Низкий вакуум, рефракция света в цилиндрической «газовой призме» Способ определения сравнительно высоких остаточных давлений по отклонению луча лазера, пропущенного через полую призму, наполненную исследуемым газом. Причём обычная треугольная призма может быть заменена цилиндром (участок кол- бы или трубопровода). Мерой давления является ток дифференциального фотоэле- мента, регистрирующего смещение луча. Рис. 6.1. Варианты призм для рефрактометрии: А — треугольная из ис- следуемого материала; Б — полая газовая с плоскими гранями; В — по- лая газовая с цилиндрическими гранями. Стрелками изображены цен- тральные и крайние лучи светового пучка, сро — угол падения светового пучка, ср — угол отклонения светового пучка. С ростом показателя пре- ломления газа, ср увеличивается. Экспериментальный прибор реализующий такой способ, дал линейную зависимость и манометрическую чувствительность 0,027 мкА / Торр по сухому воздуху, в диа- пазоне давлений 10...1000 Торр. Рабочий (буферный) газ при небольшом разрежении, внешние электроды, напряжение зажигания Существует несколько вариантов способа оценки давления рабочего (буферного) газа в разрядных трубках, с помощью наложенных на колбу внешних электродов, по напряжению зажигания или погасания разряда. Причём высокое напряжение мо- жет быть высокочастотным и модулированным по амплитуде. Рис. 7.1. Варианты измерения давления газа в разрядных трубках. Например, известен способ измерения давления газа в лазерных трубках (Рис. 7.1. А) , где: 1 — разрядная трубка; 2 — блок питания; 3 — генератор; 4 —
вольтметр; 5 — нагрузочное сопротивление. Здесь, при измерениях разрядный ток модулируют ВЧ напряжением, а мерой давления является величина переменной со- ставляющей тока. Недостаток способа — ограниченный диапазон измеряемых давле- ний. Усовершенствованный способ, где продольный объёмный разряд зажигается между двумя вспомогательными поперечными разрядами (Рис. 7.1. Б), даёт расширенный диапазон измерений и лучшую точность. Измерение выполняется так: к трансфор- матору 8 прикладывается напряжение генератора 15 (800 Гц) , и возбуждается разряд между электродами 1, 2 и 3, 4. Резисторами 9, 10 устанавливаются токи вспомогательных разрядов 1.2 мкА. Напряжение между парами электродов 1, 2 и 3, 4 плавно увеличивают резистором 16, до возникновения продольного разряда, зажигание которого регистрируют микроамперметром 17. По напряжению пробоя су- дят о давлении газа в разрядной трубке. Встраиваемый высоковакуумный манометрический преобразователь В экспериментальных и лабораторных ЭВП, где нет нужды в компактности и уде- шевлении, специальный манометрический преобразователь можно без затей встро- ить в колбу электровакуумного прибора. Например, преобразователь магнитораз- рядного типа (т. н. ячейка Пеннинга) может иметь весьма простое устройство и недорогие материалы, его сравнительно громоздкая съёмная магнитная система находится снаружи. Такой преобразователь может быть собран на отдельной гре- бешковой ножке и впаян сверху колбы или в дополнительную горловину. Магниторазрядный преобразователь, так же как и его ионизационный коллега, имеет выраженный эффект откачки и может быть одновременно использован и как местный сверхвысоковакуумный безмасляный насос. Рис. 8.1. Схема устройства и включения простого варианта магнитораз- рядного манометра (1); 2, 3 — компактный «магнетронный» вариант ма- нометра. Электроды могут быть из никеля и алюминия, для усиления от- качивающего действия, катоды можно выполнить из титана. Как видим, невыполнимая, на первый взгляд, задача — измерить разрежение в запаянной лампе, может быть решена несколькими косвенными способами, выбран- ными в зависимости от области применения и свойств прибора: исследование и отработка процессов, выходной контроль, высоко- или низковакуумные ЭВП, газо- наполненные приборы. Все способы достаточно просты, для самостоятельного по- вторения невеликими средствами.
Технологии ЭМУЛЬСИЯ РАЗРЯДОМ Мягков А. Смешать воду и растительное масло в стойкую эмульсию можно и венчиком на кухне. Но как сделать это для 10 тонн отработанного машинного масла, чтобы получить дешёвое топливо для дизельной горелки? Или уничтожить бактерии в 50 кубах свиных стоков так, чтобы не платить огромные штрафы за сбросы? Этого можно добиться с помощью мощного разряда в жидкости, который известен как эф- фект Юткина, или электрогидроударный эффект. Электрогидроудар по Юткину всегда происходит в воде. По сути это электриче- ский взрыв между двумя электродами, погруженными в воду. Вода при этом ис- пользуется самая обычная, к примеру, водопроводная или из любого водоема. Во- да должна иметь небольшую проводимость, ведь чистая дистиллированная вода во- все диэлектрик и электричество не проводит. В этом первая прелесть эффекта Юткина. Использование простой воды с примесями солей для обеспечения малой проводимости обязательное условие. Затем собираем простейшую схему:
TPj-Й- о о <РП Сф Р/7Е © Классическая схема разрядной ячейки из книг по электрогидроудару. Заряжаем конденсатор до рабочего напряжения, замыкаем разрядник, происходит пробой разрядного промежутка, взрыв и в жидкости возникают мощные ударные волны, кавитационная каверна и поток жесткого ультрафиолета. Все эти эффекты позволяют применить электрогидроудар для различных прикладных задач. Каких? Это может быть штамповка металлов, где в момент гидроудара возникают мощные скачки давления, которые мгновенно переводят материал за порог пластической деформации, превращая его на подобие резины. Металл заполняет все рельефы формы без разрывов и замятий, что обеспечивает высочайшее качество итоговой детали. Схема устройства для электрогидравлической штамповки: 1 - электроды; 2 - заготовка; 3 - вакуумная полость матрицы; 4 - матрица; 5 - рабочая жидкость Схема установки для прецизионной штамповки. Еще одно замечательное применение эффекта - скоростное бурение. Центральный электрод вращается с небольшой частотой и на него подаются высоковольтные им- пульсы. Вся конструкция работает в воде, которую непрерывно подают в скважи- ну. Особенностью такого бура является то, что он бурит тем быстрее, чем твер- же порода. При этом укрепляется стенка будущей скважины, так как электрогид- роудар буквально впечатывает породу в стенку. Скорость бурения может дости- гать 50 см в минуту.
Электрогидроударный бур. Наиболее эффективно электрогидроудар используется для дробления твердых и сверхтвердых материалов. Порода для дробления подается вместе с водой в дро- билку с калибрированными ситами. Материал необходимого размера после электро- гидроудара отводится под действием силы тяжести. Материал для дробления не должен взаимодействовать с водой. Известняк дробить не получится, а вот гра- нит - без проблем. При этом процесс чрезвычайно энергоэффективный и чем твер- же материал, тем более эффективно работают дробилки на этом принципе. Принцип электрогидроударного дробления. Ну а что рисунки, да рисунки. Из книг. Пора уже конкретные примеры привес- ти , а то читатель скучает. Пожалуйста!
Ниже показана установка для утилизации столбов электрических опор (на пе- реднем плане) . Эта установка была сделана для нужд РЖД для решения задачи утилизации отслуживших свой срок железобетонных конструкций. Не смотря на то, что их уже списали, они остаются очень сложной для утилизации проблемой. В первую очередь из-за бетона, который здесь специальный, особо крепкий. Внутри также мощный металлический остов из арматуры, сваренной на заводе при изго- товлении столбов. Но есть плюс. Столбы внутри полые. Это дает возможность применить электрогидроударную технологию наиболее эффективно. Столб с помощью крана помещают в установку (ванну), наполненную водой. Внутрь столба вводят злектрогидроударную головку, которую медленно протягивают внутри столба и производят мощные электрогидроудары. В результате обработки, которая длится 15-20 минут, от столба остается остов из арматуры и бетонный бой - осколки 4- 8 см. Установка по утилизации электрических опор. Результат разрушения и утилизации бетонного столба. Остов из арматуры изымается краном.
Остов сдается в металлолом, бетонный бой - отправляется на отсыпку ЖД пу- тей. Красота! И опять же процесс чрезвычайно энергоэффективный. Затраты на разрушение единичного столба (по электроэнергии) всего несколько десятков рублей. Конечно, есть и другие значительные и внушительные затраты, но я го- ворю в статье об эффекте со стороны энергоэффективности, т.е. прямых затрат на электроэнергию, отнесенную к итоговому результату. Возвращаясь к анонсу статьи, электрогидроудар очень эффективен для смешива- ния принципиально не смешиваемых веществ. То есть он хорош для получения пря- мых и обратных стойких эмульсий. Прямая - масло в воде, обратная - вода в масле. Классический пример прямой эмульсии - молоко. В основе вода, а жиры и белки равномерно распределены по всему объему. При этом эмульсии бывают стой- кие и нестойкие. Ну, это понятно. Если с течением времени эмульсия не рас- слаивается - это стойкая эмульсия. И да. Молоко также пример относительно стойкой эмульсии. Со временем на настоящем молоке (не, не из Шестерочки) по- является сверху слой жировых сливок, но легкое перемешивание вновь возвращает эмульсию в первоначальный вид. Чтобы проверить эффект смешивания масла и воды провели эксперимент по сме- шиванию 10 процентов растительного масла в воде с целью получения прямой эмульсии (в ней 90% воды). Для экспериментов взяли простое растительное масло из ближайшего магазина. Масло не растворяется в воде и как водится всплывает, образуя масляную пленку. Эксперимент по правилам! Все взвешиваем, записываем и фиксируем!
Подготовка к эксперименту. Как вы уже наверное догадались, у нас есть собственная опытная электрогид- роударная установка и экспериментальная камера, где можно проводить различные эксперименты с гидроударом. Камера небольшая, вмещает 500-700 мл жидкости, но этого достаточно для большинства экспериментов с этой технологией. Экспериментальная камера.
В камеру заливаем масло с водой, а точнее воду с маслом, проводим электро- гидроудар при напряжении 25 кВ (делаем пять импульсов). Вскрываем камеру, сливаем результирующий "продукт". Это стойкая эмульсия, густая, как кисель. Позже мы повторили эксперимент, но добавили лишь 5 про- центов масла. В этом случае получается прям "молоко". Белая, ровная и уже не такая густая консистенция. На фото не очень передается баланс белого, а пу- зырьки - это пена, так как все активно перемешивается и бурлит. Образцы эмульсии через сутки.
Через сутки наблюдается некоторое расслоение, но оно незначительное и эмульсия сохраняет стойкость. Только нужно слегка перемешивать. Смешивать растительное масло с водой не так интересно! Интересно другое. С помощью электрогидроудара можно создать различные стойкие эмульсии и СОЖ, смешивать трудно смешиваемые вещества, делать кремы, краски, экстрактировать различные вещества в водный раствор. В текущем топливном кризисе эта техноло- гия позволяет делать топливные эмульсии на основе отработанных машинных масел или создавать топливные эмульсии с дизельным топливом (соляркой) с содержани- ем воды до 30 процентов. Конечно, современные дизельные моторы для работы с таким типом топлива вряд ли подойдут, но старые корабельные дизели, сваизаби- вающие машины (типа СП-49 с дизельным молотом) или дизельные горелки будут работать отлично и даже более эффективно. И здесь есть существенная экономи- ка. Переработка отработанных масел тоже стоит денег, а изготовление топливной эмульсии будет обходиться примерно в 5-7 тыс.руб. за тонну. При цене за со- лярку в 90 и более тыс. руб. за тонну получить практически полных топливный аналог за цену на порядок ниже - отличная перспектива. Мы крепко задумались и сейчас ищем партнеров, чтобы это "поднять на крыло". Завершить рассказ о преимуществах метода хочу ещё одним направлением его использования - стерилизацией сильно загрязненных биологических стоков. Это канализационные стоки, стоки свиноферм, КРС отходы. Всё это - бич современных сельскохозяйственных производств. При электрогидроударе возникают мощные по- токи жесткого ультрафиолета и кавитационные эффекты, которые буквально "сжи- гают" любые микроорганизмы, при этом с высокой энергоэффективностью и скоро- стью. [ мм пп i 1 2 3 Определяемые показатели 2 Обшне колиформные бактерии, КОЕ в 100 мл. Колифаги. БОЕ в 100 мл. Термотолерантные колиформные бактерии. КОК в 100 мл. Результат исследовании J 7.0x10' 400 5.0x104 Гигиенический норматив 4 не более 500 не более 10 не более 100 Единицы измерения (для граф 3,4) ч КОВ/100 мл. БОЕ/100 мл. КОЕ/100 мл. НД на методы исследования ь МУК 4.2.1884-04 МУК 4 2.1884-04 МУК 4.2.1884-04 Анализ КРС стока фермы. По всем параметрам многократные превышения ПДК. Отходы СХ предприятий чрезвычайно загрязнены патогенными бактериями, спора- ми грибов и требуют нейтрализации, к примеру, для использования в биогазовых установках. Даже если нет биогазовых станций, что для России большая ред- кость , стоки тех же свинокомплексов сливаются в лагуны, где они перерабатыва- ются естественным образом, что тоже требует нейтрализации от чрезмерного био- логического загрязнения. Электрогидроудар подходящая для этого технология. >V№ Определяемые пп показатели i 1 Общие колиформные бактерии. KOL в 100 мл. 2 ( Колифаги. КОР. а 100 мл. 3 Гермотолерантиыс | колиформные бактерии. 1 КОК п 100 мл. Регулы а г исследования Гигиенический 1 Единицы норматив ( измерения (для граф 3,4) НД на методы исследования • 4 ! 5 * 10 I не более 500 ] КОР./100 мл. не обнаружены ! не более 10 БОР/100 мл. 75 не более 100 КОБ/100 мл. ! МУК 4 2 1884-04 МУК 4 2 1884-04 МУК 4 2 1884-04 Анализ стока после электрогидроударной обработки.
Показан результат единичного разряда и сток буквально практически стерили- зован. Общее микробное число подает на 5-6 порядков, сток становится пригод- ным для работы естественными аэробными бактериями в открытых лагунах и быстро перерабатываются без тлетворного запаха. Это направление использования элек- трогидроудара весьма перспективное, ведь экологическое законодательство не- прерывно ужесточается и собственникам крупных животноводческих предприятий уже приходится серьезно задумываться над этим вопросом. Здесь я хочу остановиться в описании преимуществ данного эффекта, хотя на- правлений его использования много больше, чем я рассказал сегодня. Поговорим теперь о проблемах и технологических вызовах при его внедрении в практику. Преимущества понятны, что с недостатками? Любая технология имеет преимущества и недостатки. Электрогидроударная тех- нология - не исключение. Сам эффект был открыт в середине прошлого века, пер- вые серьезные работы появились уже в 1953 году. Прошло много времени, но по- чему этот мощный эффект не развился до по-настоящему массовых применений. Здесь несколько важных моментов, о которых поговорим сейчас: ■ Технология реально опасная. Для осуществления эффективного электрогидро- удара необходимо "вкачивать" мощные потоки энергии, при этом ускоряющее напряжение здесь от 20 до 60 кВ, а токи - десятки кА. Требования к элек- тробезопасности и оборудованию - повышенные. Необходимы качественные кон- туры заземления и квалифицированный и соображающий персонал ■ Сильные электромагнитные помехи. На заре развития эффекта единственным способом коммутации запасенной энергии от высоковольтных конденсаторов бы- ли открытые воздушные разрядники, которые вызывают сильнейшие электромаг- нитные помехи и шум от коммутации. ■ Вопросы с качественными комплектующими. Для осуществления долгой и надеж- ной работы оборудования необходимы качественные и долговечные конденсато- ры, силовые сильноточные ключи, разрядники, качественные изоляционные ма- териалы . ■ Материаловедческие ограничения. Материал анода при гидроударе постепенно уносится в зону разряда, необходимы сплавы с повышенными характеристиками и устойчивостью к разрушению. Химический состав материала анода также ва- жен, если гидроудар будет использоваться для пищевых применений. ■ Общие технологические ограничения. Создание качественного и долговечного электрогидроударного оборудования требует высококвалифицированных специа- листов по сильноточной электронике, контролингу и системам управления. Указанные ограничения были наиболее острыми на заре развития технологии, сейчас же ситуация кардинально изменилась и в лучшую сторону. Все эти проблемы — инженерные, а не фундаментальные. Их уже научились ре- шать . Опасность никуда не делась, но конструкция современных "электрогидроударных машин" значительно защищена от дурака, использование современных псевдоискро- вых разрядников и сильноточных коммутирующих ключей значительно улучшило си- туацию. С помехами тоже научились работать, ведь в современных установках ис- пользуются для управления оптические линии управления и гальванические и оп- товолоконные развязки. Особое место контроллерам управления. Они в схемотех- нике ориентированы на использование в условиях возникновения сильных электро- магнитных помех и чрезвычайно надежны. Материаловедческие ограничения также существенно расшиты. Многообразие композитных материалов и материалов с высо- кой электрической прочностью сейчас вполне доступны и не так дороги. Развитие сильноточной электроники и всяких ускорителей (колайдеров, СКИФов) привело к появлению качественных и очень ресурстных высоковольтных конденсаторов, кото- рые имеют большую ёмкость и миллионы циклов "заряд-разряд". И технологии про-
должают развиваться, поэтому эра развития электрогидроударного эффекта только наступает и все его преимущества можно и нужно реализовывать в реальных тех- нологических задачах. В конструкции электрогидроударных установок, конечно, есть масса технологи- ческих фишек и даже НОУ-ХАУ, без которых сделать качественное оборудование сложно. Для примера. Главная задача при реализации электрогидроудара - макси- мально быстро (в идеале мгновенно) передать запасенную энергию конденсатора в нагрузку - электрогидроударную камеру, где происходит пробой разрядного про- межутка. При этом чем пкруче" фронт импульса, тем более качественно происхо- дит весь процесс. Это в теории. На практике всё иначе. Передать запасенную энергию из конденсатора надо хитро! Линия связи должна иметь минимальную индуктивность и быть полностью согласованной с нагрузкой, при этом эффект переполяривания должен быть минимальным, ведь он разрушает кавитационную каверну. Для этого рассчитывается и монтируется специализиро- ванная линия связи с нагрузкой - электрогидроударной головкой. Линия связи состоит из шести кабелей РК-50 определенной длины, а схема управления умеет в нужный момент "срезать" хвост переполяривания. Электрогидроударная головка. "Запитывают" из шести силовых кабелей РК-50. её через линию связи
Технологии V \\ < 1 J д> ^а ^ ХЛАДАГЕНТЫ ИЗ ФРУКТОВ В этой статье я расскажу о том, как при помощи химических манипуля- ций получил из фруктов хладагент для моих проектов, связанных с ох- лаждением. Я возьму обычные, ничем не примечательные фрукты и пре- вращу их в этилен, а также проведу небольшую демонстрацию того, как получить из них этан. Это два основных типа углеводородных хладаген- тов, используемых на второй стадии в каскадной системе парокомпрес- сионного охлаждения. Я не буду получать более тяжёлые углеводороды, используемые как хладагенты первой стадии (в качестве предваритель- ного охладителя), например, бутен или пропилен, потому что их моле- кулы представляют собой гораздо более длинные цепочки, а в общем случае, похоже, чем длиннее углеводород, тем сложнее его синтезиро- вать . Хотя этилен, теоретически, можно преобразовать в бутан даже на установке любительского уровня. Процесс производства этилена довольно прост: фрукты перемалываются в блен- дере и смешиваются с водой и дрожжами для того, чтобы фруктоза и глюкоза из них ферментировались в этанол. Затем этанол для очистки дистиллируется из этой неприятной фруктовой жижи. Далее его кипятят, и пар пропускается через слой катализатора (оксид алюминия), нагретый примерно до 400 С. Это приводит к дегидратации молекул этанола, то есть к разложению его на этилен и воду. Далее вода конденсируется из потока пара, оставляя в нём газообразный этилен.
Reflux Column Boiler >90% Ethanol Aluminum Oxide @ 400°C CzHa, H2O A. ей/ Этилен широко используется на второй стадии каскадной системы парокомпрес- сионного охлаждения потому, что его температура кипения равна -104 С. (Кста- ти, также он применяется для изготовления полиэтилена, бесконечно облагоражи- вающего воды мирового океана микропластиком). Межступенчатый теплообменник 1'*С ГЫр.1Т€'Л Конденсатор ;горячии; Почти всегда используется этилен (R1150) или этан (R170), если не применяется синтетический хладагент Стадия 1 Капиллярная трубка
Итак, вот как вкратце получать этилен из фруктов, но с его более тяжёлым родственником этаном всё чуть сложнее. Этилен можно гидратировать в этан, смешав его с газообразным водородом в каталитической камере при температуре примерно 300 С, в качестве катализатора используется никель или платина. Во- дород производится достаточно просто, нагреть трубу до 300 С тоже не пробле- ма. Единственная трудность заключается в получении катализатора. Платина очень дорога, а проблема с никелем в том, что в качестве катализатора его обычно используют в виде порошка настолько мелкого, что он мгновенно возгора- ется в атмосфере от быстрого окисления. Поэтому этой методикой мне воспользо- ваться не удалось. Другой метод гораздо менее эффективный, зато в прошлом у меня получалось работать с ним. Он называется реакцией Кольбе. При нём вообще не требуется этилен: при электролизе Кольбе реагентами служат ацетат натрия и вода, а на аноде мы получаем этан и СОг. Затем СОг удаляется из газового потока чем- нибудь наподобие гидроксида кальция, после чего в нём остаётся один этан. Anode 2СНзСООЫа + 2Н20 (Sodium Acetate) С2Н6 + 2С02 (Ethane) / H2 + 2NaOH Cathode Ca(0H)2 + CO2 СаСОз + Н20 Этан закипает при температуре -89 С, то есть при одинаковом давлении он бу- дет не таким холодным, как этилен, зато его можно хранить в жидком состоянии при комнатной температуре под давлением около 42 бара, и это огромное преиму- щество перед этиленом. Единственная тонкость электролиза заключается в том, что анод должен быть специальным материалом наподобие платины или иметь мно- гокомпонентное покрытие из оксидов металлов, как, например, в электролизёрах для получения хлората. Что ж, вернёмся к нашим фруктам: их нужно подвергнуть ферментации для полу- чения этанола, который затем разбавить до концентрации 6-7% и добавить бакте- рии ацетобактер; эти бактерии поглощают этанол и выделяют уксусную кислоту, что приводит к получению уксуса. В отличие от процесса ферментации этанола, процесс получения уксусной кислоты аэробный, то есть для него требуется ки- слород. Чтобы ускорить процесс, можно постоянно аэрировать контейнер; это по- зволит существенно снизить время реакции. Ацетобактор встречается в природе, но чтобы получить достаточно большую его концентрацию для проведения реакции за разумные сроки, обычно начинают с того, что эталон смешивают с несколькими ложками непастеризованного уксуса из другого источника. С2Н5ОН p-f^ (Ethanol) lS Requires Oxygen Add Acetobacter ЖЭЖ? I ^СНзСООН ф№<* L 1/ (Acetic Acid) Dilute to 6-7% ABV
Можете вывести ацетобактер сами, но лично у меня уже есть кошка, собака и куча детей, поэтому дома и так слишком много странных запахов. Получив уксус, мы смешиваем его с пищевой содой, благодаря чему удаляется С02 и остаётся нужный нам ацетат натрия. Затем при помощи электролиза он превращается в этан. То есть, в отличие от этилена, этан не будет получен из фруктов на 100%, потому что для него нужен дополнительный реагент — пищевая сода. Вот и весь процесс, по крайней мере, в теории. А теперь давайте применим его на практике. «, # + СО2 Escapes ш СНзСООН ЫаНСОз CHsCOONa 2СНзСООЫа + 2HzO Л С2Н6 k 2С02 + Н2 + 2NaOH Я отправился в продуктовый и купил кучу фруктов, но не для того, чтобы пе- рейти на правильное питание. В разных фруктах содержится разная концентрация сахара, поэтому мы будем получать из различных фруктов разное количество эта- нола. Чтобы максимизировать площадь реакции, я буду перемалывать фрукты в блендере и начну с клубники. 20% 18% 16% 14% (Л S 12% 2 ш 10% з 8% , ел * 6% ^^^^_ 4% ^^^Н 2% ^^^Н 0% ^^^^ 1 Strawberry Cherry Peach Watermelon Apple Grape Banana У меня получилось 383 г, и клубники у меня меньше всего, поэтому для других образцов я буду использовать такую же массу. Дальше то же самое проделаем с бананами, масса получилась густой и медленно текущей. Теоретически, из банана должно получиться больше всего этанола, потому что в нём наибольшая концен- трация сахара среди всех купленных фруктов. Затем идёт виноград: всем извес- тен проверенный способ получения из него этанола в виде вина. При взбивании винограда в блендере получается много пены. И, наконец, яблоки.
Вот миски с готовыми перемолотыми фруктами, готовые к заливке в бутылки. В каждой миске по 383 г. Каждый фрукт помещается в пластмассовые бутылки объё- мом полгаллона, или 1,9 литра. В каждую добавляется щепотка питательного ве- щества для роста дрожжей и по 5 г турбодрожжей. Пятую бутылку я заполнил ос- татками всех фруктов для проверки общего выхода этанола.
Я неплотно закрыл крышки бутылок, чтобы обеспечить выход С02, и оставил всё ферментироваться. Примерно спустя 24 часа после начала ферментации бутылка с бананами взорвалась, и банановая жижа разлетелась, забрызгав стену и пол. По- хоже, жижа поднялась и перекрыла зазор в крышке, образовав избыточное давле- ние. Из-за этого мне не удастся точно сравнить выхода этанола в случае бана- нов, потому что большая доля потеряна. Также стоит отметить, что запах стоит ужасный; хуже всего себя проявляет ферментация яблок. Представьте ядрёную сероводородную вонь — именно так всё это и пахнет. Наверно, запах вызван очень высокой скоростью ферментации, ведь я добавил довольно много дрожжей. К тому же, вероятно, не было достаточно пи- тательного вещества для такого большого количества дрожжей, из-за чего им оказалось недостаточно азота, и они начали реагировать с различными соедине- ниями серы в яблоках, образуя сульфид водорода. Я оставил бутылки ферментироваться примерно на неделю, после чего настала пора дистиллировать их. Я воспользовался своей колонной для получения виски. Дистилляцию я выполнял отдельно для каждой бутылки, чтобы узнать содержание этанола в каждой. Колонна работала с повышенной мощностью и дольше, чем обыч- но, потому что я хотел извлечь абсолютно весь этанол, даже если он окажется в смеси с большой долей воды. Всё проходило довольно гладко, пока я не открыл ферментированные бананы, которые чуть не убили меня своим запахом. Он походил на концентрированное амбре канализации. К счастью, после дистилляции запах пропал. Я замерил суммарный выход этанола, измерив объём дистиллированной жидкости и концентрацию в ней спирта при помощи ареометра в градуированном цилиндре. Ниже показаны результаты. Apples: 112 ml 18% = 20.2 ml Grapes: 170 ml 20% = 34 ml * Strawberries: 71 mi 8% = 5.7 ml I . Bananas: 100 ml 20% = 20 ml g£L Mixed: 260 ml 35% = 91 ml
Разумеется, выход этанола для смеси фруктов оказался гораздо выше, чем для других образцов, потому что масса смеси была гораздо больше. Тем не менее, очевидно, что этанола получилось не так много, учитывая массу потребовавшихся для этого фруктов. Этанол по-прежнему пахнет серой, а я не хочу, чтобы соеди- нения серы загрязняли каталитическую камеру при разложении его до этилена, поэтому снова пропущу жидкость через колонну. Как вы видите, на стенках оста- лись небольшие голубые кристаллы; я практически уверен, что это медный купо- рос, получившийся при взаимодействии сероводорода или других соединений серы с медью колонны и вышедший вместе со спиртом. Однако, похоже, что они растворятся, потому что в этом растворе достаточно много воды. Я повторно дистиллировал этанол, и запаха теперь намного меньше. Вероятно, теперь его можно без проблем пропустить через генератор этилена. Получилось 235 мл спирта с концентрацией 73%, то есть все эти фрукты дали мне 172 мл чистого этанола. Исходя из объёма имеющегося этанола, при выходе 100% у меня получится про- извести 83 г этилена, которые при комнатной температуре занимают примерно 72 литра; этого будет достаточно для заправки второй стадии небольшой каскадной системы охлаждения. Генератор этилена имеет ту же принципиальную структуру, что на рисунке выше. У моей версии есть подходящие соединения на концах трубы, и я использовал уплотнитель для герметизации резьбовых NPT-соединений; он замечательно себя зарекомендовал и обеспечивал герметичность даже при давлении и высоких темпе-
ратурах. Вкратце объясню принцип. Когда пары этанола проходят через слой ка- тализатора (оксид алюминия) при температуре 400-450 С, они разделяются на этилен и водяной пар. Вода конденсируется, а газообразный этилен собирается. Для управления нагревателями трубки с катализатором я использую ПИД- регулятор, подключённый к твердотельному реле. Я установил температуру 350 С, потому что термопара неплотно примыкает к трубе и её показания занижены. Когда она показывает 350, на самом деле темпе- ратура ближе к 400-450. Экспериментально я выяснил, что эта настройка обеспе- чивает наилучший выход этилена. Если температура слишком низкая, то образует- ся диэтиловый эфир, который крайне огнеопасен, используется в качестве нарко- за1, но в течение следующих 48 часов вы будете пахнуть как авиатопливо, пото- му что запах проникает практически повсюду. При слишком высокой температуре у вас просто будет получаться водород и углерод; также вероятно расплавление Прим. пер.: диэтиловый эфир входит в список прекурсоров, оборот которых в Россий- ской Федерации ограничен и в отношении которых устанавливаются меры контроля в соот- ветствии с законодательством Российской Федерации и международными договорами Рос- сийской Федерации.
алюминиевой трубки. Поэтому лучше всегда быть аккуратным и поддерживать мини- мально возможную для процесса температуру. В худшем случае вы потеряете не- большую долю этилена, произведя вместо него эфир, который сконденсируется вместе с водяным паром. Low Temperature 2C2H5OH - (С2Н5)20 + НЮ (Bel0W ~300°C) Ethanol Diethyl Ether High Temperature C2H5OH -> 2C + ЗН2 + 0.5O2 (Above ~600°C) (0R) С2НбОН->СН4 + СО + Н2 Кроме того, стоит отметить, что для работы процесса не требуется точная концентрация этанола. Я даже попробовал налить в бак пиво, в котором 5% спир- та от объёма, и на выходе всё равно получался этилен, хотя и скорость произ- водства газа, очевидно, была гораздо ниже, и при этом конденсировалось гораз- до больше воды. Итак, я загрузил в бак наш фруктовый спирт, установил нагреватель на 60 Вт и включил каталитическую камеру. Примерно через полчаса стало понятно, что выход начался, потому что во влахюудалитель закапала вода. Я проводил реакцию чуть меньше трёх часов, пока вода не перестала капать. Пламя (и запах) подтверждает присутствие этилена.
Заглянув в бак, я увидел, что он совершенно пуст, то есть алкоголь выкипел. А в этом надувном мяче находился тот объём газообразного этилена, который нам удалось получить. С другой стороны генератора этилена находятся изготовленные мной компрессор и охладитель хладагента. Обычно я использую охладитель в качестве рефрижера- торного осушителя, но сегодня мы применим его для конденсации этилена в теп- лообменнике . В процессе производства этилена температура охладителя понижа- лась . После завершения процесса я присоединил надувной мяч к компрессору хла- дагента и вкачал газ в теплообменник, имеющий температуру где-то от -30 С до -40 С. Давление не превышало 300 ф/дм2, или 21 бар. Когда мяч стал походить на сморщенный изюм, компрессор хладагента прекратил работу. Я выпустил жидкий этилен через клапан в нижней части теплообменника охлади- теля. Как только он попал в атмосферу, то немедленно испарился, а температура упала до его точки кипения (-104 С) . Надо было делать всё это в перчатках, потому что потом на пальце возникло небольшое обморожение. Итак, я успешно превратил гору фруктов в жидкий этилен, испаряющийся при - 104 С. Дальше я ферментирую ещё фруктов, дистиллирую их в спирт и разбавлю его водой, чтобы получить концентрацию спирта примерно 6% в ёмкости объёмом 1
водой, чтобы получить концентрацию спирта примерно 6% в ёмкости объёмом 1 галлон, или 3,8 литра. Затем я возьму непастеризованный уксус и добавлю при- мерно 250 мл. В непастеризованном уксусе есть бактерии, потребляющие этанол и кислород и производящие уксусную кислоту. Изначально кислотность рН равна 4,6, но в про- цессе работы ацетобактера раствор становится более кислотным и это значение упадёт. Через аэратор я буду подавать насосом в раствор воздух, чтобы у аце- тобактера был постоянный доступ к кислороду, и процесс закончился за несколь- ко дней, а не недель. Однако пузырьковая аэрация оказалась слишком агрессив- ной, поэтому я уменьшил мощность воздушного насоса, подключив его через дим- мер, что снизило пузырение до приемлемой частоты, не позволяющей жидкости разлетаться во все стороны. Спустя десять дней я взял образец раствора: его показатель рН снизился с 4,6 до 3,7, то есть мы определённо произвели больше уксусной кислоты, чем в уксусе, с которого начинали. Дальше я добавлю в раствор пищевую соду, чтобы уксусная кислота превратилась в ацетат натрия для следующего этапа процесса. При добавлении раствор сильно шипит и пузырится. Я продолжаю добавлять со- ду, пока пузырение не прекратится и вся уксусная кислота не прореагирует. По- том я выпариваю раствор, пока не получу смесь ацетата натрия и остаточной ор- ганики из уксуса, которая обуглилась и оставила следы угольной сажи.
Суммарно мне удалось собрать всего 36 г относительно грязного ацетата. Не очень много, но достаточно для демонстрации. Я снова растворю его в воде и попытаюсь отфильтровать все органические загрязнители и сажу, но даже после фильтрации раствор всё ещё имеет тёмно-коричневый цвет. Наверно, придётся ра- ботать с тем, что есть. Следующий этап заключается в электролизе раствора. Этот небольшой кусок провода сделан из чистой платины, он будет служить нам анодом. При использовании платинового анода процесс электролиза приводит к разложению ацетат-иона с выделением С02 и газообразного этана.
Это называется реакцией Кольбе. Думаю, то же самое можно сделать при помощи анода с многокомпонентным оксидным покрытием (ММО), подобного тому, который я раньше использовал для получения хлората. Это подложка из титана с нанесённой на неё оксидами иридия, рутения и некоторых других металлов. В качестве катода используется простая медная трубка, приклеенная к распе- чатанному на 3D-принтере креплению и закрытая стеклянной чашей, а также за- пасная ёмкость блендера для сбора анодных газов через трубку с запорным кла- паном, позволяющим газу течь только наружу. Кажется, что я заполнил чашу ко- лой , но эту жидкость точно пить не стоит.
Трубка для сбора газа выведена на самый верх перевёрнутой ёмкости, чтобы её конец оставался выше уровня жидкости. Для сбора газов из перевёрнутой ёмкости я использую большой шприц. При подключении на установку подаётся примерно 0,5 А, а от анода начинает подниматься небольшое облако из пузырьков. При токе в 0,5 А скорость произ- водства газа очень низка. Для получения образца я набрал немного газа в шприц. В него попало немного жидкости, но особой проблемы в этом нет. Любо- пытно наблюдать за тем, как уровень жидкости снова поднимается, когда я снова выпускаю газ из шприца. Разумеется, газ горюч. Он даёт слабое голубое пламя, которое горит не очень агрессивно, поскольку газ состоит из двух частей СОг и одной части этана. Чтобы использовать газ в качестве хладагента, нужно удалить из него С02 при помощи гидроксида кальция. Удобство этана заключается в том, что его можно хранить в жидком виде при комнатной температуре под давлением примерно 42 ба- ра, или 600 ф/дм2, поэтому для этого подойдёт пустой баллон от С02.
Ё41.9ВагА@25°С (593 psig) с2н< И этилен, и этан часто используют на второй стадии каскадной системы паро- компрессионнохю охлаждения или в газовых смесях холодильных циклов, основан- ных на эффекте Джоуля — Томсона, например, таких, которые применяются для сжижения природного газа или азота. Stage 1 Compressor Oil Separator Stage 2 Compressor
Mixed-Gas J/T Cycle Недавно компания Labconco прислала мне морозильную камеру для лиофилизато- ра, в которой используется каскадная система; её вторая стадия работает на этилене. Температура в камере опускается ниже -100 С. Я попробую использовать её для сжижения природного газа. Residential Gas Line -100°С Pre-cooler Joule-Thomson Heat Exchanger Return Gas И на этом процесс превращения фруктов в хладагент завершён. Два полученных хладагента предназначены для использования при гораздо более низких темпера- турах, но можно также синтезировать из полученного мной этанола более тяжёлые углеводороды с более высокими температурами кипения, которые применяются на первой стадии каскадных систем. Наиболее реалистичный способ заключается в димеризации полученного из фруктового этанола этилена в бутен, после чего из- быток этилена прореагирует с бутеном и мы получим пропилен, который можно ис- пользовать вместо фреона R22 или R290. 2СгН Ti(OBu). С2Н4 + СдНв WO > С4Н8 (Butene) » 2СзНб (РгоРУ1епе) В этом процессе задействуются довольно странные катализаторы, например, тетрабутоксититан, триэтилалюминий и оксид вольфрама. Для реализации этого проекта потребуется больше времени на исследования.
Технологии ЛИСТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ В КОРПУСОСТРОЕНИИ Колесников М. Методы обработки материалов в домашнем корпусостроении Механическая резка. Тут надо заметить, что обрабатываемому материалу глу- боко все равно, режете Вы его фрезой, лобзиком, пилой или еще чем. Критич- на линейная скорость инструмента — пластики при излишней скорости плавят- ся , дерево — горит. Ну и нагрузка на материал, выражающаяся в подаче реза- ния: жесткие материалы при слишком высокой нагрузке могут раскалываться, вязкие — утягивать инструмент в нежелательном направлении. Абразивная резка. Многие листовые материалы в быту проще разрезать болгар- кой или диском дремеля. Но не всегда результат будет удовлетворительным, из-за высокой скорости обработки материал может подгорать или «засаливать» инструмент. Лазерная резка — пластики и фанера. Не совсем домашний способ, но доступ- ность для жителей городов высокая: во многих рекламных мастерских, зани- мающихся вывесками и сувениркой, лазерные станки есть. Чтобы быть совсем честным, там же можно найти и некоторые материалы, в результате чего все корпусостроение можно свести к проектированию и передаче файлов в мастер- скую. Лазерная резка и гибка металла. Совсем недомашний способ, тем не менее, лазерный раскрой на заказ становится все более распространенным, и обычно раскройщики еще и готовы согнуть все что просят. Главная беда — относи- тельная дороговизна и наличие у большинства контор минимальной стоимости заказа, впрочем, не смертельной (2-5 тысяч рублей).
■ Термогибка пластиков. У сувенирщиков/рекламщиков, обладающих лазерными станками, обычно есть и термогибочник. К сожалению, их стандартная продук- ция — ценникодержатели и прочие визитницы — не подразумевает точной и по- вторяемой гибки, поэтому от создания таким способом единичного изделия или мелкой партии они отказываются. Впрочем, собрать из проволоки и палки тер- могибочник на дому для самоделыцика — совсем не проблема. Нихромовая спи- раль от открытого обогревателя, источник питания из расчета 36 вольт на метр проволоки — и гните, сколько влезет, на дому. Единственное, что стоит сначала потренироваться на обрезках материала, набить руку хотя бы на де- сятке гибов, поэкспериментировав с временем, расстоянием до проволоки и усилием гиба. ■ Термоформовка пластиков. Почти все видели забавные видосики по вакуумной термоформовке, корда мастера с помощью нехитрого станка плотно обтягивают болванку нужной формы. Но почему-то мало кто решается погнуть пластик без вакуума. Понятно, что так не достичь трехмерной вытяжки, но зачастую кор- пусу этого и не надо, достаточно пустить материал по плавной дуге или, скажем, волной. Большая часть пластиков это позволяют, надо лишь нагреть материал до температуры размягчения, градусов этак 80 (ПЭТ) — 180 (акрило- вый камень). В процессе есть свои хитрости, но все достижимо. ■ Вакуум-формовка. Как сказал выше, видосики видели почти все, так что учить не буду. Разве что упомяну, что в видосиках все правда — станок для ваку- ум-формовки собирается из тумбочки и пылесоса за минуты (ну ладно, часы, но не больше двух) и после этого работает как взрослый. ■ Сварка. Многие пластики свариваются банальным паяльником — напрямую (лист- лист) , либо с присадочным прутком, либо с металлической сеткой. Для мелких поделок из АБС, например, я использую в качестве присадочного прутка рас- ходку ЗД-принтера, дешево и сердито. ■ Химическая сварка. Тот же АБС сваривается ацетоном, ПВХ — диметилхлоридом, акрил — проникающими спецклеями. Несмотря на то, что получается теоретиче- ски гомогенный шов, такая сварка держит хуже термической и даже хуже неко- торых клеев. ■ Склейка. Тут полный разгул в последнее время, производителей клеев разве- лось неимоверное количество. Тем не менее, некоторые пластики клеятся пло- хо или вообще не клеятся. В разделе материалов я буду отмечать соответст- вующий аспект. Конструкции корпусов Поскольку мы рассматриваем объемные корпуса из листовых материалов, выбор не так уж и богат: мы можем либо набрать корпус по слоям, либо собрать корпус из отдельных стенок, либо часть стенок совместить путем гиба материала. Не- сколько особняком стоит вакуум-формовка — способ, требующий специализирован- ного оборудования и оснастки, но взамен позволяющий получить почти промышлен- ного вида корпус. Послойный набор Пожалуй, самый простой в проектировании вариант. Достаточно перенести кор- пусируемое (корпусуемое? корпусимое? окорпусляемое?) устройство в CAD, нари- совать вокруг него корпус и рассечь получившееся параллельными плоскостями с шагом в толщину материала. Получившиеся тела конвертировать в векторный фор- мат и отнести на лазер. Полученные элементы склеить или собрать на штиф- тах/болтах.
Казалось бы годный, но неказистый результат. Но если приложить немного фан- тазии, и сделать, скажем, в фанерном корпусе пару чередующихся слоев прозрач- ного акрила, через который будет просвечивать светодиод, да потом шлифануть в сборе торцы — устройство будет выглядеть вполне достойно. Ну, или наоборот, в акриловый послойный корпус добавить слой фанеры. Или закрыть акриловый корпус верхним слоем пластика для гравировки. Или сделать бутерброд из толстого пла- стика в центре и двух тонких железяк по краям. Или еще что-нибудь. Стенки-дно-крышка Когда высота корпуса велика и уже жалко изводить материал на набор размера слоями, или девайс имеет значительные вырезы со всех сторон и оформлять их послойно становится слишком неудобно, на помощь приходит классическая конст- рукция — каждая стенка изготавливается отдельно, а затем все заготовки соеди- няются тем или иным способом в коробочку. Проектировать базовые контуры даже проще чем послойный вариант, но после их отрисовки требуется посвятить допол- нительное время проектированию узлов сопряжения. И если это не клей, то даже банальное пазогребневое соединение может доставить некоторые затруднения. Впрочем, при некотором навыке больше времени занимает выбор методики сопряже- ния : простое пазогребневое, натянутое, подпружиненное, усиленное закладными болтами или стяжками, с защелками-стопорами и т.д. I!
Гнутые элементы Позволяет сократить количество элементов корпуса, в идеале — до двух или даже одного. Что в свою очередь резко снижает трудозатраты на сборку, риск брака и нестыковок. Если Вы остановились на изготовлении корпуса у металло- резчиков/гибщиков, а тираж превышает одну штуку, то грех не воспользоваться гнутьем. Гнутые элементы позволяют реализовать на листовых материалах углы, отличаю- щиеся от 90 градусов и радиусные гибы, что недоступно с сохранением эстетич- ности при стыковке стенок на более-менее толстых материалах. Но надо учиты- вать , что при домашней термогибке пластиков радиус гиба и его угол зависят от большого количества факторов (температура, время выдержки, расстояние от струны) и в сложном корпусе с окнами под кнопки/дисплеи/разъемы отверстия мо- гут «уползти» от расчетных мест. МАТЕРИАЛЫ Фанера Пожалуй, наиболее простой для добывания листовой материал — продается в лю- бом строительном магазине. Но следует учитывать, что не любая фанера подходит любым методам резки, например, лазер крайне плохо режет хвойные сорта, да и вообще привередлив к качеству: если материал содержит сучки, чаще всего в этих местах потребуется доработка лобзиком или напильником. Свойства и особенности. Фанера — слоеный материал на базе дерева со всеми вытекающими. Неоднородность, нестабильность размеров (особенно толщины), не- равномерное поведение при сгибании и резке, относительно невлагостойка, не держит температуру. Зато фанера относительно прочна, упруга, устойчива к рас- калыванию, ну и эстетична. Подходит для послойных корпусов, склейки/скрутки торец-пласть, пазогребне- вого соединения. Специальные сорта могут гнуться в одном направлении с радиу- сом в 20 толщин, лазерное прорезание с шагом в 1-2 мм либо фрезерование пазов на стороне, противоположной сгибанию, позволяет согнуть и обычную фанеру с радиусом в 10-12 мм.
При проектировании пазогребневого соединения надо учитывать, что материал имеет нестабильную толщину, и лучше заложить пазы с припуском на посадку по ширине процентов 10 от номинальной толщины материала, и дать натяг по длине паза 0,2-0,3 мм. Поскольку фанера имеет мерзкое свойство щепиться на углах, лучше и в пазогребнях и на краях закладывать 45 градусные фаски 0,5-1 мм, ви- зуально они незаметны. Фанера отличный материал для больших и массивных штук типа акустических систем, усилителей и прочего условно-стационарного стаффа. На толщинах больше 10 мм можно собрать весь корпус на саморезах, шпунтах с клеем или даже ме- бельных уголках, а после сборки — обработать стандартными столярными отделка- ми типа масла, воска или лака, и получить практически заводской вид. Несмотря на кажущуюся неказистость, вполне себе вариант для сотворения кас- томного корпуса. Даже ручным инструментом обрабатывается с высокой точностью и достаточным качеством, режется и лазером и ЧПУ-фрезером, отделывается дос- тупными методами, в общем — достойный материал, особенно для крупных корпу- сов. Акрил, ПММА, плексиглас, оргстекло Акрил один из наиболее часто используемых в рекламе и сувенирке материалов, поэтому в небольших количествах — в рекламных мастерских. Чаще всего там же можно и нарезать лазером и согнуть на термоформовщике. В количествах от листа (2050*1250 или 2000*3000 мм) — в фирмах, торгующих материалами для рекламы, либо в специализированных фирмах по листовым пластикам. Доступные толщины в листах — от 1 до 20 мм, у рекламщиков обычно лежат отходы до 12 мм. Материал продается как прозрачный, так и окрашенный, но опять же у специализирующихся на вывесках мастерских обычно 5-10 цветов и степеней прозрачности на выбор. В компаниях, торгующих конструкционными пластиками, иногда можно купить блочный акрил толщиной до 50 мм, но это уже не лист. Акрил — лучший светопрозрачный материал для поделок, легко обрабатывается как режущим инструментом, так и лазером, на срезе легко полируется пламенем до полной прозрачности. Главная беда — относительная непрочность и склонность к раскалыванию под напряжением, шуруповерт на 15й метке усилия легко откалы- вает уголок даже саморезом с пресс-шайбой. Лазер подкаливает кромку и острые
углы становятся концентраторами напряжений, поэтому рекомендуется скруглять внутренние углы радиусом минимум 1,5 мм. Акрил спокойно гнется и формуется при температурах около 100 градусов, что делает его идеальным для гибки на струне. Склеивается цианакрилатными клеями, либо специальными проникающими клеями в визуальный монолит, сохраняя прозрачность. Конструкции, исходя из свойств — практически любые. Выше приведенные приме- ры наборного корпуса, гнутого и сборного — именно из акрила. Склеиванием с последующей ошлифовкой снаружи можно добиться визуально монолитного корпуса. В общем, материал без ограничений. Акрил — один из лучших листовых материалов для малосерийного корпусострое- ния. Главный минус — хрупкость на больших плоскостях, я бы не стал делать долгосрочный акриловый корпус с плоскостями более 50 толщин в длину. Но лег- кость обработки и товарность результата может перебороть этот недостаток в случае прототипа, концепта или выставочного образца. ПЭТ-Г, полиэтилтерефталат- гликоль, лавсан, дакрон См. акрил, практически без изменений. Тонкий ПЭТ-Г можно добыть прямо под рукой — это материал бутылок (звучит смешно и нелепо, но закрыть окошечко эк- рана вполне хватает), кроме того, часто из него делают файлы-папки. Главная особенность ПЭТ-Г — отличная формуемость. Листовой ПЭТ-Г до 4 мм гнется («ломается») по линии просто руками, без нагрева; простой разогрев в бытовой духовке или в кастрюле с водой до 80 градусов позволяет руками выда- вить даже трехмерные элементы с отношением высоты к длине секущей до 1:10. При этом материал сохраняет оптическую прозрачность. Режется лазером почти так же хорошо, как акрил, но на срезе дает небольшое подплавление, что снижа- ет эстетичность среза и требует дополнительной обработки при создании послой- ного корпуса. Прочней чем акрил, редко колется. К сожалению, на рынке присут- ствует в основном в незащищенном от УФ виде, под прямыми солнечными лучами становится хрупким буквально за пару месяцев. Ну и второй большой минус — при длительной выдержке даже с бытовыми температурами 45-60 градусов — разгибает все углы и деформируется на больших плоскостях. Конструкции - наборные бутерброды, окошки дисплеев, гнутье, термоформовка Идеален для быстрого прототипирования гнутых корпусов, лучший пластик для домашней вакуум-термоформовки или прессовой термоформовки. Противопоказан для автомобильной и уличной электроники.
ПС, полистирол Брать опять же у рекламщиков, плюс неплохой выбор можно встретить у мебель- щиков — ПС, особенно фактурованный, используется для отделки мебельных фаса- дов и в качестве пластиковых стекол в мебели. Полистирол режется хуже акрила, менее прочен чем ПЭТ, колется, царапается. Собственно, плюсов три: низкая цена, доступность фактурованных прозрачных листов и хорошая термоформуемость. Конструкции - теоретически все варианты, практически — только от безысход- ности или при необходимости минимизации расходов. Ну и термоформовка. Честно говоря, лично применял ПС в корпусах трижды, один раз вакуум- формовал, второй — делал сувенирное поделие, где заказчик позарез хотел эф- фект морозного стекла, третий — обтягивал послойно склееный МДФ. Использовать как самостоятельный материал не вижу смысла.
АБС, АкрилонитрилБутадиенСтирол Первый раз в жизни я использовал АБС еще в полубессознательном детстве: за- пилил допотопный чемодан. Но это варварство, проще купить в листах в компани- ях, торгующих листовыми пластиками. На худой конец — отрезать кусок бампера ГАЗели. АБС на рынке представлен в виде непрозрачных листов черного либо серого цвета с фактурой «песок» или «манка», знакомые всем нам по чемоданам, кейсам, автобамперам, различным панелям и т.д. Обрабатывается фрезой, лазером, ножов- кой, гнется на струне, тянется почти вдвое, благодаря фактуре корпус выглядит как взрослый, промышленный. Одна беда — срез обработать под ту же фактуру почти нереально, поэтому имеет смысл его либо прятать, либо концептуально вы- пячивать . АБС сваривается термически с прутком от ЗД принтера, хорошо свари- вается химически, если растворить стружку в ацетоне или ДМХ. Конструкции - да все что угодно, если спрятать срез. Моя любимая конструк- ция для корпусов на скорую руку с претензией на цивильный вид — две п- образных детали из АБС. Прекрасный материал, позволяющий сделать промышленного вида корпус, если спрятать края. Вакуум-формовкой делаются серьезные мало/среднесерийные корпу- са, я тянул одним товарищам корпуса под воензаказ, получалось вообще не DIY- но. ПК, монолитный поликарбонат, лексан, карбогласс Где брать: рекламщики + тепличники + оконщики + спецфирмы. Самый прочный листовой пластик, у рекламщиков и строителей идет как ванда- лоустойчивый прозрачный материал. Как-то баловались на предмет прочности, об- наружили , что 5 мм МПК держит выстрел из ПМ с 6 метров. Не колется, пластина 2 мм сгибается вдвое с радиусом 20 мм и потом восстанавливается. Относительно плохо формуется, держит температуры до 80 градусов без деформации. На рынке большая часть заточена под наружное использование, соответственно, имеет дву- стороннее УФ-защитное покрытие. А теперь минусы: царапается. Нет, пожалуй, правильней будет ЦАРАПАЕТСЯ, т.е. протирка стекла фланелью оставляет заметные царапки. Благо, неглубокие, но товарный вид не держится. На лазере прожигает- ся с образованием желтоватого края, тоже не очень товарно.
Хорошо красится акриловыми красками, если покрасить изнутри, получается вполне симпатично. Теоретически, можно лакировать или затянуть автомобильной тонировочнои пленкой, тогда проблемы царапин не будет, но это уже тяжело и небюджетно. Конструкции - что угодно, но будьте готовы к нетоварному виду в скором вре- мени. Хороший материал, если нужна высокая прочность, особенно на больших поверх- ностях, при этом царапины некритичны, лайтбоксы в вандалоопасных местах, за- крывашка экранов, крышки часов/табло и т.д. ПП, полипропилен В компаниях, специализирующихся на построении емкостей/бассейнов - листы от 1 до 20 мм обычно в наличии. Самый легкий из пластиков, плотность около 0,9. При этом достаточно проч- ный, легко обрабатывается, сваривается присадочным прутком в монолит, термо- формуется. К сожалению, на рынке в основном присутствует в промисполнении - матовые неказистые листы, зачастую неровные (по крайней мере, справедливо для 1-5 мм) . Не красится и не отделывается без специальных праймеров, даже само- клеящиеся пленки держатся так себе. Морозостойкий, да и вообще достаточно прочный. Существует каландрованный тканью лист - из таких делают чемоданы на колесиках, но лично мне ни разу не удавалось такой купить, продавцы на алиба- бе просят минимальную партию чуть ли не вагон.
Конструкции - глубокое термоформование, гнутье, сварка. Материал для объемных корпусов без претензии на красоту, но с претензией на прочность и морозостойкость. Например кейсы для экспедиционного оборудования, навеска для снегоходов и т.д. ПЭ, полиэтилен В действительности ПЭ в зависимости от длины молекул полимера и способа их упаковки проявляет достаточно различные свойства - от гелеподобной субстанции до прочных листов, но нас интересует последнее. В таком виде он называется HDPE или ПЭВП или полиэтилен высокой плотности, иногда с циферкой от 100 до 5000, означающей массу молекулы (там в действительности куча свойств меняют- ся, но в общем больше цифра - прочней материал). Брать в конторах, торгующих конструкционными пластиками. Ну, или в хозяйст- венных магазинах искать разделочные доски с надписью UHMW - так будет дешевле и проще. Тонкие листы Очень прочный, морозостойкий, химически инертный. В некоторых исполнениях сертифицирован для медицинского применения. Образует прекрасные пары трения с металлами, при этом в вариантах с циферкой 1000+ достаточно жесткий, чтобы не деформироваться при внушительных нагрузках. Клеится и красится еще хуже, чем ПП, при этом вполне себе сваривается. Конструкции - термоформование, гнутье, сварка, резка, фрезеровка (условно, мелкие элементы резать сложно - тянется, но вырезать по контуру норм). Хороший материал для направляющих/прокладок или простых двумерных деталей типа кулачков, рычагов и прочего. Матовый, обычно белый или чёрный техниче- ский пластик, зато переживёт что угодно — влагу, мороз, агрессивные среды. Дибонд/ алюкобонд Композитные алюминиевые панели (АСР, он же дибонд/алюкобонд) — у тех же рекламщиков-вывесочников, либо в строительных конторах, торгующих фасадными материалами. Стандартные листы 3000x1500 мм, недешевое и сложное в транспор- тировке . Но это сновья если. Многие вывесочники используют материал повторно, и можно занедорого купить кусок кассеты б/у или выбраковки или невыкупа. Ну или разжиться у отделочников, которые делают магазины - обычно после разборки старых вывесок остается куча абсолютно ненужных коробов, практически идеаль- ных для поделок.
По факту это триплекс, толщина 3-6 мм, алюминиевые «шкурки» с обеих сторон по 0 , 2-0, 5 мм, между ними — полимерный сердечник (обычно полиэтилен или поли- пропилен) . Идеально плоский (в отличие от фанеры и большинства пластиков — не «гуляет» и не коробится), лёгкий, жёсткий на изгиб благодаря сэндвич- структуре, не гниёт и не ржавеет. Существует крашеный от рождения, в том чис- ле стилизованный под сретч-алюминий/бронзу/сталь и т.д., очень хорошо на пе- редние панельки приборов идет. Режется дисковой пилой или фрезой без проблем, на худой конец - ножовкой. Классический приём рекламщиков — V-образная фрезе- ровка1 одного слоя алюминия с внутренней стороны, после чего панель гнётся по этому надрезу почти как картон, но остаётся жёсткой снаружи, а V-вырез форму- ет ровный и жесткий угол. Сваривать бессмысленно (пластиковый сердечник), склеивается структурными/эпоксидными клеями. В кассетах/боксах часто исполь- зуют уголки и вытяжные заклепки, в таком виде изделие выглядит промышленно аккуратным. Не очень широкие полосы можно согнуть на радиус по шаблону, но это требует навыка, либо опять же предварительной фрезеровки с изнанки Конструкции - плоские лицевые панели, гнутые короба, наборные конструкции со скрытым крепежом. Отличный вариант там, где нужна идеально плоская, лёгкая и жёсткая лицевая панель — передняя стенка прибора, крышка, фасады. Для мелких несущих деталей не годится — толщина сердечника невелика, точечные нагрузки продавливают, хо- тя согнутая п-образно кассета может быть несущей рамой. Текстолит Магазины электротехники (стеклотекстолит — тот же материал, что и в печат- ных платах, просто без меди), конторы по конструкционным пластикам. Слоистый композит: ткань (стекловолокно или бумага) + связующая смола. Прочный, жёсткий, электроизолятор, не боится растворителей. Обрабатывается фрезой и сверлом почти как металл, но при мехобработке стеклотекстолита обра- зуется мелкая стеклянная пыль, которая сильно неполезна для дыхания и режет слизистые как стекловата, поэтому намордник и перчатки как минимум, а лучше - вытяжка/промышленный пылесос в зоне реза. Хорошо держит резьбу — можно наре- зать метчиком прямо в материале без закладных. Образует неплохую пару трения 1 Существуют специальные V-фрезы под алюкобонд с плоским торцом, но можно вручную спилить на наждаке кончик обычной 90-градусной фразы на пару миллиметров - иначе ос- тавшийся слой алюминия будет работать на растяжение и угол либо не сомкнётся, либо порвется.
со сталью, но надо помнить что наполнитель - стекло, и если сточился верхний слой, то стали может стать плохо. Конструкции - несущие панели, шасси, монтажные плиты, крепёжные элементы под нагрузкой. Незаменим там, где нужна высокая механическая прочность и диэлектрические свойства одновременно, а внешний вид не в приоритете (типовой цвет — грязно- жёлтый или зелёный, тканевая структура видна на срезе). Хорош как внутренний несущий элемент корпуса, как элемент силовой механики - рычаг1, клин, кулачок, кронштейн. Можно использовать для изготовления диэлектрического крепежа, только надо помнить про абразивные свойства - если крепеж для постоянного от- кручивания-закручивания, лучше посмотреть в сторону капролона-полиацеталя. /* Жесть Строительные магазины (кровельная сталь, в том числе с полимерным покрыти- ем) , листовой металл в мелкой нарезке у металлобаз. Важный источник - кро- вельные доборные элементы и профиля для ГКЛ. Тонкая листовая сталь, гнётся руками или на простой оправке, паяется без затей, режется обычными ножницами по металлу, собирается на заклепках или са- морезах, а если разориться на просечной инструмент - то и вообще без крепежа. Без покрытия быстро ржавеет, вариант с полимерным покрытием (окрашенная кро- вельная сталь) держится намного лучше, хотя срез всё равно нужно защищать. Хорошо держит форму после гибки, штамповка ребра жёсткости резко повышает жё- сткость плоской панели.
Конструкции - гнутые короба, профили для ГКЛ - мелкие почти готовые полуко- роба, каркасы оборудования под облицовку другими листовыми материалами. Дешёвый, доступный и по-своему брутальный вариант, но без листогиба длинные ровные гибы сделать сложно, для мелких деталей достаточно рук и деревянной оправки. Применив фантазию, из доборных элементов или предваритально окрашен- ных полимеркой листов можно собирать вполне промышленно выглядящие корпуса. Шпон Мебельные компании, деревообрабатывающие мастерские, специализированные ма- газины материалов для мебельщиков. Тонкий срез древесины, 0,5-5 мм, гибкий, эстетичный — настоящая древесная текстура без веса и капризов массива. Сам по себе не несущий: не держит форму и не работает как конструкционный материал без основы. Обычно наклеивается на фанеру, МДФ или пластик. Обрабатывается любым ручным инструментом, режется лазером, в наклеенном виде фрезеруется. Конструкции - облицовка поверхности других материалов; толстые ламели можно использовать и как самонесущую отделку - для передних/верхних крышек. При многослойной склейке нескольких слоев шпона под прессом можно получить гну- токлеёную деталь произвольной формы, по сути, самодельную гнутую фанеру. Отделка для тех мест, где нужно добиться красоты и тактильности настоящего дерева, но не хочется заморачиваться за стабилизацию настоящей древесины или не хочется мириться с её весом/объемом. Алюминий/медь/ нержавейка Металлобазы, фирмы по листовому металлу — обычно там же есть порезка в раз- мер и лазерная резка на заказ. Отдельно отмечу нержу - существуют листы с преднанесенной текстурой, скретч/даймонд/шагрень и т.д. - бывает у мебельщи- ков -кухонщиков Алюминий - лёгкий, прочный, не ржавеет, режется лазером / гидроабразивом / дисковой пилой с диском по металлу, гнётся на листогибе с ограничением по ми- нимальному радиусу, сваривается аргоном (уже не бытовая история, нужен ТИГ и навык). Стоит отметить, что алюминий - это бытовое название большого количе- ства разных сплавов с очень разными свойствами, и вполне можно наколоться,
купив в магазине листочек Д16Т, и сломав его при попытке гнуть нахолодную в тисках. Я так делал, не повторяйте моих ошибок. Медь - тяжелее, мягче, пла- стичнее, эстетична сама по себе, со временем покрывается патиной (можно как ускорить, так и законсервировать лаком). Нержавейка - самая прочная и тяжёлая из тройки, бытовым инструментом режется плохо, для нормального результата нужны лазер или плазма, гнётся тяжелее алюминия, хотя загнуть 0,5 вполне ре- ально . Конструкции - гнутые короба на профессиональном листогибе, сварные конст- рукции, заказная лазерная резка с последующей гибкой на стороне у металлооб- работчиков. Текстурированная нержа - передние/верхние панели. Инкруста- ция/облицовка . Серьёзный шаг в сторону промышленного изготовления, без доступа к листогибу и сварке дома реалистичны только мелкие детали и облицовка, для полноценного металлического корпуса разумнее заказывать резку и гибку у мастерской, а со- бирать/дорабатывать самому. Акриловый камень Фирмы, занимающиеся столешницами (Corian, Staron и аналоги) — у них часто остаются обрезки, которые можно взять дешево или даже бесплатно. Минеральный наполнитель (кварцевый песок) на акриловой смоле, обычно тол- стый (6-12 мм), тяжёлый, прочный. Отлично шлифуется и полируется до идеально гладкой матовой или глянцевой поверхности. Термоформуется при нагреве промыш- ленным феном или банально в духовке — можно гнуть плавные формы, я однажды просто из баловства завязал узел из полоски шириной примерно 30 мм. Склеива- ется специальным клеем в шов, который после шлифовки становится практически невидимым — получается монолитная деталь без видимых стыков. Любая мехобра- ботка - резка, фрезеровка, сверловка - домашним инструментом. Конструкции - Массивные плоские или слабо гнутые панели, монолитные соеди- нения нескольких кусков без видимого шва. Фрезерованные элементы корпусов, я делал средние элементы для наборных корпусов - 2 плитки акрилового камня с выборкой под потроха, снаружи - нержа. Дорогой, но премиальный по ощущениям и внешнему виду материал — тяжёлый, «тактильный», выглядит как заводское изделие. Хорош для солидных стационарных корпусов, где вес не критичен, а важны внешний вид и ощущение качества.
Лаборатория ХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОЧВЫ Аринушкина Е.В. ВАЛОВОЙ АНАЛИЗ ПОЧВ Валовым анализом называют комплекс определений, позволяющих установить ва- ловой, или элементный, состав почв, т. е. получить представление об общем со- держании в почве химических элементов. Данные валового анализа дают возможность проследить изменения в содержании химических элементов по почвенному профилю (по сравнению с почвообразующей породой) и выявить направление почвообразовательного процесса, т. е. устано- вить генезис почв. Кроме того, результаты анализа позволяют установить запасы тех или иных элементов в генетических горизонтах почвенного профиля. Валовой анализ включает определение гигроскопической воды, потери при про- каливании, содержания органического углерода и азота, а также содержания эле- ментов , входящих в состав минеральной части почв. Результаты определения Si02, А1203, Fe203, Ti02, МпО, CaO, MgO, S03, P205, K20 и Na20 выражают коли- чеством окислов. В карбонатных почвах, кроме того, определяют С02 карбонатов. Результаты всех определений в валовом анализе представляют в процентном со- держании окислов на сухую почву. Полученную величину пересчитывают затем на прокаленную почву. В некоторых случаях делают пересчет на бесперегнойную (безгумусную) навеску. В карбонатных почвах результаты пересчитывают, кроме того, на бескарбонатную почву. Определение гигроскопической воды, потери при прокаливании углерода и азота перегноя, а также С02 карбонатов проводят из отдельных навесок. В зависимости от целей и задач исследования валовой анализ может быть пол- ным, т. е. состоять из определений всех указанных выше окислов, или сокращен- ным. Большое число определений обусловливает длительность и трудоемкость ва- лового анализа. Выполнение этого анализа требует максимального уплотнения ра-
бочего времени, что достигается проведением нескольких аналитических операций одновременно, например во время выпаривания раствора для одного определения проводят фильтрование или титрование другого раствора. Валовой состав почв зависит от состава почвообразующей породы и направления почвообразовательного процесса. Указанный анализ в настоящее время часто до- полняют анализом растений. Такой сопряженный элементный анализ почв и расте- ний имеет большое значение при изучении биологического круговорота веществ. Определение гигроскопической воды Гигроскопической называют ту воду, которая поглощена почвой из воздуха и выделяется из нее в процессе высушивания при температуре 100—105 С. Гигроско- пическая вода находится в равновесии с парообразной водой атмосферы и харак- теризует влажность воздушно-сухой почвы1. Содержание гигроскопической воды в почве зависит от количества перегноя и глинистых частиц в ней и служит косвенным показателем ее механического соста- ва. Чем больше удельная поверхность частиц почвы, т. е. больше в ней глини- стых частиц, тем выше содержание гигроскопической воды. Органоминеральные коллоиды адсорбируют на поверхности своих частиц воду из воздуха и потому присутствие коллоидов почвы увеличивает содержание гигроскопической воды. Гигроскопическую воду определяют для характеристики почвы по содержанию этой воды, а также для пересчета результатов анализа воздушно-сухой почвы на «сухую» навеску. При высушивании при температуре 100—105 С почва теряет кроме гигроскопиче- ской воды адсорбированные газы (С02, NH3 и др.) и часть гидратной воды. Напри- мер, гипс CaS04'2H20 начинает выделять гидратную воду при температуре ниже 100 С. Эта вода входит в величину потери в весе при высушивании, поэтому резуль- таты определения гигроскопической воды в гипсоносных горизонтах оказываются несколько завышенными. В заболоченных и болотных почвах количество гигроскопической воды может быть заниженным за счет окисления закисного железа и других недоокисленных соединений. Выполнение определения В предварительно высушенном2 и взвешенном сушильном стаканчике с притертой пробкой на аналитических весах отвешивают 1—2 г воздушно-сухой почвы, пропу- щенной через сито с отверстиями диаметром 0,25 мм. Стаканчики с почвой ставят открытыми в сушильный шкаф, нагретый до темпера- туры 100—105 С. При массовых определениях стаканчики с почвой ставят в шкаф в железных коробках, чтобы за один прием вынуть их по окончании высушивания. Почву высушивают в сушильном шкафу при указанной температуре в течение 5 час, все время следя за тем, чтобы температура не поднималась выше 105 С. В процессе сушки нельзя открывать шкаф и ставить в него новые стаканчики с поч- вой. По окончании высушивания стаканчики вынимают из сушильного шкафа щипцами с каучуковыми наконечниками, закрывают крышками и ставят в эксикатор для охлаж- 1 Подробные сведения о формах воды в почве приведены в кн. : А.А. Роде «Основы уче- ния о почвенной влаге». Л., Гидрометеоиздат, т. I, 1965; т, II, 1969. 2 Сушильные стаканчики (бюксы) перед определением гигроскопической воды не моют, а лишь вытирают сухим чистым полотенцем. На шлифованной части стаканчика и крышке гра- фитовым карандашом ставят порядковый номер.
дения. Эксикатор переносят в весовую комнату, придерживая крышку большим пальцем. По охлаждении в течение 20—30 мин (продолжительность охлаждения за- висит от загруженности эксикатора) стаканчики взвешивают на аналитических ве- сах закрытыми и по потере в весе вычисляют содержание гигроскопической воды в почве. Если необходимо проверить полноту удаления воды, стаканчики с почвой вновь помещают в сушильный шкаф на 30 мин, охлаждают в эксикаторе и взвешива- ют . Если второе взвешивание покажет уменьшение веса, почву еще раз высушивают 1,5—3 час. Высушивание прекращают, когда вес равен или больше предыдущего за счет окисления органических веществ в процессе высушивания. Истинным весом в этом случае считают наименьший предыдущий вес. Высушивание до постоянного веса занимает много времени и потому определение гигроскопической воды во многих случаях ограничивается 5-часовым нагреванием при температуре 100—105 С. Определение гигроскопической воды проводят в 2-кратной повторности и вычис- ляют среднее из этих определений. Разница в весе до и после высушивания дает количество гигроскопической воды во взятой навеске. Содержание гигроскопической воды в почве вычисляют по фор- муле а*100/г = % гигроскопической воды, где а — потеря в весе; г — вес сухой, т. е. высушенной при 100—105 С почвы. Пример вычисления Навеска воздушно-сухой почвы — 1,5167 г. Вес почвы после высушивания, т. е. сухой почвы, — 1,4890 г. Потеря в весе — 0,0277 г. Содержание гигроскопиче- ской воды равно 0,0277*100/1,4890 = 1,86%. Пересчет результатов анализа воздушно-сухой почвы на почву, высушенную при 100-105 С Результаты химического анализа почв во многих случаях вычисляют по отноше- нию к сухой почве, т. е. к почве, высушенной при 100—105 С. Такую почву не- правильно называют иногда «абсолютно» сухой, так как в ней содержится вода, выделяемая высушиванием при более высокой температуре. Необходимость пересчета вызывается тем, что количество гигроскопической во- ды в разных почвах и даже в разных горизонтах одной почвы разное, и потому результаты, вычисленные на воздушно-сухую навеску, несравнимы между собой. Надо исключить содержание гигроскопической воды, т. е. сделать пересчет на сухую почву. Если результаты анализа вычислены на воздушно-сухую навеску, их пересчиты- вают на сухую почву умножением полученных данных на коэффициент К = 100/(100 - Н20) или же К = 100 + Н2О)/100 где Н20 — содержание гигроскопической воды в почве. В том случае, когда в одной навеске определяют ряд элементов, например в валовом анализе минеральной части почв, удобнее сначала вычислить величину сухой почвы, взятой для сплавления, путем умножения воздушно-сухой навески на
коэффициент (100 — Н2О)/100, а затем вычислять процентное содержание оп- ределяемых элементов непосредственно на сухую почву. Определение потери при прокаливании Потерей при прокаливании называют убыль в весе при нагревании почвы до 900 С. При прокаливании почва теряет воду, гумус, С02 карбонатов, адсорбированные газы и частично хлориды. Величиной потери пользуются для вычисления общего содержания минеральных веществ в почве, для вычисления содержания химически связанной воды и для пересчета содержания элементов минеральной части почвы на прокаленную навеску. Выполнение определения В доведенном до постоянного веса фарфоровом тигле на аналитических весах отвешивают 1,0000 г почвы, пропущенной через сито с отверстиями диаметром 0,25 мм. Тигель с навеской почвы ставят в холодную муфельную печь, нагревают печь до 900 С и прокаливают почву при этой температуре 1 час, считая время с момента установления требуемой температуры. Вынимают тигель из муфельной печи, ставят в эксикатор, закрывают крышкой и переносят эксикатор в весовую комнату. После 20—30 мин охлаждения тигель взвешивают без крышки. Прокаленная почва гигроскопична и энергично поглощает водяные пары из воз- духа. Поэтому сначала взвешивают тигель с прокаленной почвой с точностью со- тых долей грамма, а затем уточняют вес при взвешивании после повторного про- каливания . Повторное прокаливание проводят 10—20 мин. Тигель для повторного прокалива- ния можно ставить в нагретый муфель. При повторном взвешивании сначала на чашку весов кладут разновески, соответствующие весу, установленному при пре- дыдущем взвешивании и только после этого быстро ставят на весы тигель из эк- сикатора и устанавливают точный вес прокаленной почвы перемещением рейтера. При увеличении веса за окончательный вес принимают наименьший. Величину потери при прокаливании вычисляют по формуле а*К*100/г - с = %п.п.п., где а — потеря в весе; г — навеска воздушно-сухой почвы, К — коэффициент пересчета на сухую навеску; с — гигроскопическая вода. Пример вычисления Навеска воздушно-сухой почвы — 1,0000 г. Вес прокаленного остатка — 0,9255 г. Потеря в весе составляет 1,0000—0,9255 = 0,0745 г. Содержание гигроскопи- ческой воды в почве равно 1,85%. Величина потери при прокаливании будет равна 0,0745*100*1,02/1,0000 - 1,85 = 5,75% п.п.п, где 1,02 — коэффициент пересчета на сухую почву. В засоленных карбонатных почвах в величину п. п. п. вносят поправку на со- держание хлора в водной вытяжке.
Вычисление содержания химически связанной воды Поскольку при вычислении п.п.п. вычитают гигроскопическую воду, всю другую потерянную воду считают химически связанной. Химически связанной водой назы- вают кристаллизационную и конституционную воду. Кристаллизационная вода уда- ляется из почвы при нагревании до 300 С; конституционная начинает выделяться при нагревании выше 300 С и полностью удаляется из почвенных минералов при температуре 800—850 С3. Содержание химически связанной воды используют для пересчета данных валово- го анализа на безводную почву. Максимальное содержание этой воды приурочено к горизонту накопления полуторных окислов, минимальное — к горизонту накопления кремнезема. В бескарбонатных почвах содержание химически связанной воды вычисляют по разности между величиной потери и содержанием перегноя. Например, потеря при прокаливании бескарбонатной почвы составляет 13,33%: содержание перегноя — 8,55%. Содержание химически связанной воды равно 13,33% — 8,55% = 4,78%. В карбонатных почвах содержание химически связанной воды в гумусовых гори- зонтах находят по разности между величиной потери и содержанием гумуса, а также С02 карбонатов. Например, в верхнем горизонте карбонатной почвы потеря при прокаливании составляет 4,69%. Содержание гумуса в данном горизонте— 1,43%, содержание С02 карбонатов — 0,27%. Содержание химически связанной воды равно 4,69% - (1,43% + 0,27%) = 2,99%. В безгумусных горизонтах содержание химически связанной воды равно разности между величиной потери и С02 карбонатов. Например, в нижнем горизонте карбо- натной почвы потеря при прокаливании равна 9,24%. Содержание карбонатов в этой почве — 6,05%, гумус отсутствует. Содержание химически связанной воды в такой почве равно 9,24% — 6,05% = 3,19%. Вычисление общего содержания минеральных веществ в почве Общее содержание минеральных веществ в почве узнают по разности, вычитая из 100% общего содержания всех компонентов почвы процентное содержание потери при прокаливании. Например, потеря при прокаливании составляет 5,71%. Вычитая эту величину из 100% общего содержания всех веществ в почве, получаем минеральных веществ 100% - 5,71% = 94,29%. Общее содержание минеральных веществ называют также минеральным, или прока- ленным , остатком. Определение органического углерода Валовое содержание органического углерода в поверхностном горизонте почв колеблется от 0,11 до 5,99%; вниз по почвенному профилю оно снижается. Накопление органического углерода в почве в виде перегноя или гумуса обу- словлено деятельностью низших и высших растений. Поскольку органический угле- 3 Н.И. Горбунов, И.Г. Цюрупа, Е.А. Шурыгина. Рентгенограммы, термограммы и кривые обезвоживания минералов, встречающихся в почвах и глинах. М, Изд-во АН СССР, 1952.
род является важным фактором плодородия, определение содержания его в верхних корнеобитаемых горизонтах почвы проводят при всех почвенных исследованиях. Точные результаты определения органического углерода перегноя почвы можно получить лишь сухим сжиганием его, учитывая количество выделившейся углеки- слоты. Впервые метод сухого сжигания органического углерода почвы разработан Г.Г. Густавсоном (1842—1908). В настоящее время этот метод можно применить с использованием более совершенных приборов, как ГОУ-1. Кроме сухого сжигания существуют способы мокрого сжигания органических ве- ществ почвы — метод Тюрина и метод Кнопа—Сабанина. В основе этих методов ле- жит окисление органических веществ хромовой кислотой. Полнота окисления их по методу Тюрина составляет 85—90% от величины сухого сжигания. Тем не менее, этот метод широко используют в анализе почв благодаря его простоте и доступ- ности . Метод Кнопа—Сабанина менее удобен для массовых определений и потому почти не применяется в современных лабораториях. Содержание органического углерода в почве обычно принято пересчитывать на содержание гумуса (перегноя), т. е. на общее содержание органических веществ в почве. Пересчет углерода на гумус почвы производят, умножая процентное содержание углерода на коэффициент 1,724. Этот коэффициент предложен Э. Вольфом в 1864 г. на основании данных Шпренгеля и других авторов, установивших содержание углерода в гуминовой кислоте, равное в среднем 58%. Такое же содержание угле- рода было принято и для гумуса почвы в целом. Поэтому указанным коэффициентом пересчета широко пользуются, и он приобрел международное значение. Однако допущение, что содержание углерода полностью соответствует содержа- нию гумуса в почве, вызвало и до сих пор вызывает сомнения ввиду сложного со- става гумуса и неоднородности его в различных почвах. Следовательно, вычисле- ние содержания гумуса на основании одного и того же коэффициента является ус- ловным приемом. Исследования В.В. Пономаревой и Т.А. Плотниковой4 показали, что содержание углерода в гумусе разных почв может колебаться от 45 до 55%, и потому указан- ный коэффициент следует признать заниженным для большинства типов почв. Авто- ры предлагают при пересчете углерода на гумус пользоваться коэффициентом, равным 2, что к тому же и упрощает пересчет углерода на гумус. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛЕРОДА СУХИМ СЖИГАНИЕМ При сжигании навески почвы в токе кислорода при температуре 950 С или выше углерод окисляется до двуокиси по уравнению: С + 02 => С02. Выделившийся углекислый газ количественно учитывают весовым или объемным методом и перечисляют на содержание углерода. Газо-объемное определение углерода Газо-объемное определение углерода проводят с помощью газоанализатора ГОУ- 1, который используют при определении содержания углерода в стали и чугуне, а 4 В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова. Некоторые данные о степени внутримолекулярной окисленности гумуса разных типов почв (к вопросу о переводном коэффициенте с углеро- да на гумус). «Почвоведение», 1967, № 7.
также может быть применено к анализу почв. С помощью этого аппарата сначала измеряют объем смеси СОг + 02 после сжигания углерода, затем газовую смесь переводят в поглотительный сосуд с раствором КОН, который поглощает СОг. С02 + 2К0Н = К2С03 + Н20. Оставшийся кислород переводят в газо-измерительную бюретку (эвдиометр) и по разности между первоначальным объемом газов и объемом, полученным после по- глощения С02, находят по шкале бюретки процентное содержание углерода в на- веске . Газоанализатор ГОУ-1 является частью установки для определения углерода: Схема установки для определения углерода газо-объемным методом (объяснение в тексте). Установка состоит из газометра5, наполненного кислородом 1, двух промывных склянок, одна из которых 2 наполнена 4%-ным раствором КМп04 в 40%-ном раство- 5 Газометр наполняют кислородом из присоединенного к нему кислородного баллона (обя- зательно с редукционным вентилем!) или из кислородной подушки, наполненной кислоро- дом в другом месте.
ре КОН, другая 3 — концентрированной серной кислотой. Щелочной раствор с пер- манганатом служит для очистки кислорода от примеси СОг и органических соеди- нений6 , серная кислота — для высушивания 02. Очищенный и высушенный кислород поступает через кран 4 в фарфоровую трубку 5 для сжигания. Для этой цели используют неглазурованные и газонепроницаемые трубки №7 или 8 длиной 750 мм с внутренним диаметром 18—20 мм. Концы трубки должны выступать из печи не менее чем на 160 мм с каждой стороны. Стеклянным краном 4 регулируют скорость поступления кислорода в трубку для сжигания. Трубку помещают в электрическую печь 6, обеспечивающую температуру нагрева 950—1000 С. Печь включают через трансформатор с терморегулятором 7 в сеть пе- ременного тока. Газообразные продукты сгорания органических веществ почвы вместе с избытком кислорода поступают из трубки для сжигания, в которую помещают РЬСг04 для по- глощения окислов С1 и S, через хлоркальциевую трубку 8, заполненную стеклян- ной ватой для задержания пылеобразных продуктов сгорания, в змеевиковый холо- дильник 9 и после охлаждения в нем — в газо-измерительную бюретку 10. Газо-измерительная бюретка (эвдиометр) представляет собой узкий цилиндриче- ский сосуд с расширением в верхней части. Бюретка имеет двойные стенки, между которыми через специальное отверстие в верхней части наливают воду. Образую- щаяся водяная рубашка служит для поддержания постоянной температуры газа в бюретке. Бюретка снабжена термометром 11 с пределом измерения 0—45 С, поме- щенным в ее верхней расширенной части. Верхняя часть бюретки соединена резиновой трубкой с крановой гребенкой, ко- торая имеет центральный 3-ходовый 12 и боковой кран 13. С помощью 3-ходового крана бюретка может соединяться с холодильником 9, поглотительным сосудом 16 и атмосферой. Одноходовой кран соединяет газо-измерительную бюретку лишь с атмосферой. Стеклянный затвор (пустотелый поплавок) запирает верхнее выходное отверстие бюретки при ее заполнении жидкостью. Узкая нижняя часть бюретки имеет шкалу 14, при помощи которой отсчитывают измеряемые объемы. Деления шкалы рассчитаны таким образом, что соответствуют непосредственно процентному содержанию углерода в определенной навеске веще- ства, равной 1 г. Шкала должна обязательно соответствовать бюретке, для кото- рой она предназначена; перенос ее на другую бюретку не допускается. Уравнительная склянка 15 служит для перекачивания газовой смеси из газо- измерительной бюретки в поглотитель. Склянка заполняется окрашенным 2%-ным раствором H2S04 в таком объеме, чтобы уровень жидкости в ней при нижнем поло- жении склянки совпадал с нулевым делением шкалы и меткой на бюретке. Поглотительный сосуд 16 заполнен 40%-ным раствором КОН. Поглотитель снабжен автоматическими затворами-поплавками, запирающими поглотительный сосуд при наполнении его жидкостью, благодаря чему исключается возможность попадания раствора щелочи в бюретку. Все стеклянные части прибора должны быть плотно соединены между собой при помощи толстостенных эластичных отрезков резиновой трубки. Для измерения ат- мосферного давления служит ртутный барометр или барометр анероид. При измерении объема газа вводят поправку на температуру и атмосферное дав- ление по специальной табл.: Поправки на атмосферное давление и температуру Атмосф. давл. мм. рт. ст. 730 Температура в эвдиометре 18 0,9507 19 0,9462 20 0.9415 21 0,9369 22 0,9322 6 Склянка с раствором перманганата одновременно служит счетчиком пузырьков кислоро- да, поступающего в трубку для сожжения.
732 734 736 738 740 742 744 746 748 750 752 754 756 758 760 762 764 766 768 770 0,9534 0,9561 0,9587 0,9614 0,9640 0,9667 0,9694 0,9720 0,9747 0,9774 0,9800 0,9827 0,9854 0,9880 0,9907 0,9933 0,9960 0,9987 1,0013 1,0040 0,9488 0,9515 0,9541 0,9568 0,9594 0,9621 0,9647 0,9674 0,9700 0,9727 0,9753 0,9780 0,9806 0,9833 0,9860 0,9886 0,9913 0,9939 0,9966 0,9992 0,9442 0,9468 0,9495 0,9521 0,9548 0,9574 0,9600 0,9627 0,9653 0,9680 0,9706 0,9733 0,9759 0,9785 0,9812 0,9838 0,9865 0,9801 0,9918 0,9944 0,9395 0,9421 0,9448 0,9474 0,9500 0,9527 0,9553 0,9579 0,9606 0,9632 0,9659 0,9685 0,9711 0,9738 0,9764 0,9790 0,9817 0,9843 0,9869 0,9896 0,9348 0,9374 0,9400 0,9427 0,9453 0,9479 0,9505 0,9532 0,9558 0,9584 0,9601 0,9637 0,9663 0,9689 0.9715 0,9742 0,9768 0,9794 0,9820 0,9847 Атмосф. давл. мм. рт. ст. 730 732 734 736 738 740 742 744 746 748 750 752 754 756 758 760 762 764 766 768 770 Температура в эвдиометре 23 0,9274 0,9300 0,9326 0,9352 0,9379 0,9405 0,9431 0,9457 0,9483 0,9509 0,9535 0,9562 0,9588 0,9614 0,9640 0,9666 0,9692 0,9719 0,9745 0,9771 0,9797 24 0,9226 0,9252 0,9278 0,9304 0,9330 0,9356 0,9382 0,9408 0,9434 0,9460 0,9486 0,9502 0,9538 0,9564 0,9591 0,9617 0,9643 0,9669 0,9695 0,9721 0,9747 25 0,9177 0,9203 0,9229 0,9255 0,9281 0,9307 0,9333 0,9359 0,9385 0,9411 0,9437 0,9463 0,9489 0,9515 0,9541 0,9567 0,9593 0,9619 0,9645 0,9670 0,9696 26 0,9127 0,9153 0,9179 .0,9205 0,9231 0,9257 0,9288 0,9309 0,9334 0,9360 0,9386 0,9412 0,9438 0,9464 0,9490 0,9516 0,9542 0,9568 0,9594 0,9619 0,9645 27 0,9077 0,9108 0,9129 0,9155 0,9180 0,9206 0,9232 0,9258 0,9284 0,9309 0,9335 0,9361 0,9387 0,9413 0,9439 0,9464 0,9490 0,9516 0,9542 0,9568 0,9593 28 0,9026 0,9052 0,9078 0,9103 0,9129 0,9155 0,9181 0,9206 0,9232 0,9258 0,9284 0,9309 0,9335 0,9361 0,9387 0,9412 0,9438 0,9464 0,9489 0,9515 0,9541 29 0,8975 0,9000 0,9026 0,9052 0,9077 0,9103 0,9129 0,9154 0,9180 0,9206 0,9231 0,9254 0,9282 0,9308 0,9334 0,9359 0,9385 0,9411 0,9436 0,9462 0,9488 30 0,8922 0,8948 0,8974 0,8999 0,9025 0,9050 0,9076 0,9101 0,9127 0,9152 0,9178 0,9204 0,9229 0,9255 0,9280 0,9306 0,9331 0,9357 0,9382 0,9408 0,9434 Примечание. Таблица содержит поправочные коэ ретки (эвдиометра) , калиброванной при 16 С и пользованием в качестве запирающей жидкости 2% ффициенты для измерительной бю- давлении 760 мм рт. ст. с ис- -ного раствора серной кислоты. Перед началом работы концы фарфоровой трубки закрывают резиновыми пробками со вставленными в них стеклянными трубками. Чтобы резиновые пробки при выходе газов из печи не обгорали, внутреннюю торцовую поверхность пробки закрывают асбестовой прокладкой, надетой на конец стеклянной трубки:
/ г рА^ '[шшя Резиновая пробка со стеклянной трубкой и асбестовой прокладкой: 1 — пробка; 2 — асбестовая прокладка. Проверяют герметичность всех кранов и соединений. Для этого конец фарфоро- вой трубки, направленной к газометру, соединяют с ним через очистительные склянки, а другой конец соединяют с газоанализатором. Наполняют поглотитель- ный сосуд 40%-ным раствором КОН, а в уравнительную склянку наливают 400—450 мл 2%-ного раствора H2S04, подкрашенного метиловым оранжевым. Если раствор изменит окраску (из красного станет желтым), значит в бюретку проникает ще- лочь из поглотительного сосуда. В этом случае жидкость в бюретке необходимо заменить свежей и еще раз проверить работу поплавков-затворов. После каждого наполнения уравнительной склянки свежей жидкостью следует произвести одно-два сжигания навески почвы для насыщения этой жидкости угле- кислотой. В противном случае первые определения углерода могут оказаться за- ниженными . После этого центральный 3-ходовый кран гребенки 12 ставят в такое положе- ние, при котором бюретка, поглотительный сосуд и холодильник разобщены между собой. Открыв кран 13, соединяющий бюретку с атмосферой, поднимают уравни- тельную склянку 15. Бюретка при этом наполняется окрашенной жидкостью, пока выходное отверстие ее не закроется автоматически поплавком. Как только, жид- кость заполнит бюретку, кран 13 закрывают, а центральный 3-ходовый кран 12 ставят в положение, при котором бюретка соединяется с поглотительным сосудом. Опустив уравнительную склянку вниз, дают окрашенной жидкости стечь из бю- ретки обратно в уравнительную склянку. При этом уровень раствора щелочи в по- глотительном сосуде повышается, поднимая поплавок. Как только поплавок закро- ет выход из поглотителя, центральный 3-ходовый кран 12 ставят в положение со- единения бюретки с атмосферой. Поднимая уравнительную склянку, наполняют бю- ретку жидкостью до верхнего предела. Когда бюретку заполнят жидкостью, кран 13, соединяющий ее с атмосферой, за- крывают, а уравнительную склянку 15 опускают. Если аппарат герметичен, т. е. все краны хорошо притерты, поглотитель остается заполненным, а уровень жидко- сти в газо-измерительной бюретке 2—3 мин остается без изменения. Если же уро- вень раствора в бюретке опускается, аппарат не герметичен. В этом случае кра- ны смазывают вазелином и снова проверяют аппарат на герметичность. При герметичности прибор готов для проведения анализа. Перед сжиганием на- вески измерительная бюретка должна быть заполнена жидкостью до такого уровня, чтобы поплавок закрыл бюретку. Поглотительный сосуд также должен быть запол- нен раствором щелочи. Кран, соединяющий бюретку с атмосферой, должен быть за- крыт ! Для проверки правильности работы установки производят несколько контрольных определений углерода в образцах почв с известным его содержанием. Выполнение определения Проверяют почву в отдельной пробе на вскипание с 10%-ным раствором НС1. В случае карбонатности определяют СОг карбонатов для внесения поправки в ре- зультаты определения органического углерода. Навеску растертой и просеянной через сито с отверстиями диаметром 0,25 мм
некарбонатной почвы, с отобранными корешками, в количестве 1 г при содержании углерода 0,2—1% и 0,5 г при содержании углерода от 1 до 2,5%, а при большем содержании углерода 0,25 г и меньше, помещают в предварительно прокаленную в токе 02 при 950—1000 С фарфоровую лодочку. Открывают резиновую пробку печи со стороны поступления кислорода, берут ло- дочку с навеской пинцетом, ставят в трубку и вводят ее при помощи металличе- ского крючка в самую накаленную часть предварительно нагретой электрической печи. Закрывают пробку, соединяющую печь с газометром, и поворотом 3-ходового крана 12 соединяют другой конец фарфоровой трубки через холодильник с измери- тельной бюреткой. Открывают кран 4 и пропускают ток кислорода со скоростью 4— 5 пузырьков в секунду. Предварительно приводят газоанализатор в рабочее состояние: заполняют бю- ретку раствором H2S04, поглотительный сосуд заполняют 40%-ной щелочью и за- крывают кран, соединяющий бюретку с атмосферой. Уравнительную склянку ставят на подставку в верхней части газоанализатора и оставляют в таком положении до тех пор, пока кислород и продукты горения не вытеснят жидкость из верхней широкой части газо-измерительной бюретки, чтобы процесс сгорания навески проходил при повышенном давлении. Сгорание про- должается около 3 мин. Затем уравнительную склянку ставят на нижнюю подставку и оставляют в таком положении до тех пор, пока уровень жидкости в измерительной бюретке не опус- тится до 0,2 деления шкалы. После этого вынимают из трубки пробку, через ко- торую поступал кислород. Извлекают лодочку особым металлическим крючком. Поворотом центрального 3-ходового крана 12 соединяют бюретку с поглотителем и, поднимая и опуская уравнительную склянку, газовую смесь (СОг + Ог) перево- дят из газо-измерительной бюретки в поглотитель, наблюдая за тем, чтобы в верхней части бюретки не оставалось пузырьков газа. Остаток газа из поглотителя снова перекачивают в бюретку. Эту операцию по- вторяют еще раз. После второго перекачивания поворотом 3-ходового крана ра- зобщают бюретку с поглотителем и устанавливают уровни жидкости в бюретке и уравнительной склянке на одном уровне. Дают выдержку 20—25 сек, чтобы жид- кость стекла со стенок, уравнивают мениск по шкале измерительной бюретки и отмечают объем поглощенного углекислого газа, т. е. находят содержание угле- рода в процентах. Записывают соответствующие деления шкалы, отмечая при этом температуру газа в бюретке и атмосферное давление по барометру. Поскольку эти величины быстро изменяются, регистрация их должна производиться в течение рабочего дня не ме- нее 4—5 раз. При массовых определениях проверку температуры и давления ре- комендуют производить каждые 1,5 час. Освобождают бюретку от газа, открывая кран 13, соединяющие бюретку с атмо- сферой. Подготовляют установку для следующего сжигания, заполняя бюретку ок- рашенной жидкостью из уравнительной склянки, после чего кран 13 закрывают. Сжигание почвы проводят в 2—3 навесках. Процентное содержание углерода вы- числяют по формуле: а*р/г = %С, где а — показания шкалы эвдиометра (измерительной бюретки) после поглощения СОг в % (процентах!); р — поправочный коэффициент на температуру и давление, найденный по табл.; г — навеска почвы в граммах. Пример вычисления Определение содержания углерода произведено при температуре газовой смеси в
измерительной бюретке 20 С и атмосферном давлении 750 мм рт. ст. Навеска поч- вы — 0,5 г. Отсчет по бюретке — 1,24. Поправочный коэффициент для данных ус- ловий (из табл.) равен 0,9680: 1,24*0,9680/0,5 = 2,50% Реактивы: 1. 4%-ный раствор КМп04 в 40%-ном растворе КОН. 2 . H2S04 пл. 1,84. 3. 40%-ный раствор КОН (400 г на 1 л). 4. 2%-ный раствор H2S04 (11,5 мл H2S04 пл. 1,84 на I л) . 5. 0,1%-ный водный раствор индикатора метилового оранжевого. 6 . Хромовокислый свинец РЬСг04 ч.д.а. гранулированный. Примечание. Крючок для вынимания лодочек из раскаленной трубки должен быть из безуглеродистой стали или хромникелевой проволоки. Определение углерода мокрым сжиганием по Тюрину7 Метод основан на окислении углерода перегноя почвы избытком бихромата по уравнению: ЗС° + 2К2Сг207 + 8H2S04 = 2Cr2(S04)3 + 2K2S04 + 8Н20 + 3C02, где ЗС° + 4CrVI -> 4СГ111 + 3CIV. Окисление происходит в сильнокислой среде и сопровождается восстановлением шестивалентного хрома в трехвалентный. Избыток бихромата в растворе после окисления перегноя титруют раствором соли Мора: К2Сг207 + 7H2S04 + 6FeS04 = Cr2(S04)3 + 3Fe2(S04)3 +K2S04 + 7H20, где 2CrVI + 6Fe2+ -> 2CrIIX + 6Fe3+. По разности мг'экв бихромата до и после окисления находят содержание орга- нического углерода в почве. Метод неприменим при содержании перегноя свыше 15%, поскольку в этом случае не достигается полнота его окисления. Выполнение определения Навеску почвы, подготовленную путем тщательного отбора корешков и растира- ния в ступке до полного просеивания через сито с отверстиями диаметром 0,25 мм, отвешивают в маленькой пробирочке в количестве 0,05—0,5 г в зависимости от предполагаемого содержания перегноя. И.В. Тюрин. Новое видоизменение объемного определения гумуса с помощью хромовой кислоты. «Почвоведение», 1931, № 5—6, стр. 36—4 6. Н. П. Бельчикова. Определение гу- муса почвы по методу И.В. Тюрина. Сб. «Агрохимические методы исследования почв». М., Изд-во АН СССР, 1965.
О приблизительном содержании перегноя судят по окраске почвы: Окраска почвы Очень черная Черная Темно-серая Серая Светло-серая Белесая Содержание перегноя, % 10-15 7-10 4-7 2-4 1-2 0,5-1 Величина навески, г ~0,05 ~0,1 ~0,2 ~0,3 ~0,4 ~0,5 В песчаных почвах с малым содержанием перегноя навеску увеличивают до 1 г. При массовых анализах навески удобно брать на торзионных весах8: Почву переносят в сухую узкогорлую коническую колбочку емкостью 100 мл и по разности в весе пробирки с почвой и без нее находят точную величину взятой навески. При малых навесках, какими пользуются в данном методе, предварительное рас- тирание почвы в ступке (халцедоновой, яшмовой или агатовой) обеспечивает большую однородность средней пробы и лучшую воспроизводимость повторных опре- делений. Для повышения точности результатов анализа определение повторяют не менее трех раз. Приливают к навеске бюреткой 10 мл 0,4 Н раствора К2Сг207 в разбавленной (1:1) серной кислоте. Каждый раз спускают раствор от нулевого деления бюретки по каплям, чтобы вязкая жидкость, какой является раствор бихромата в серной кислоте, полностью стекала со стенок бюретки. Медленное и одинаковое по времени приливание раствора бихромата в колбочки с навесками почвы — одно из условий получения воспроизводимых результатов! Содержимое колбочек осторожно перемешивают круговым движением, следя за тем, чтобы частицы почвы не остались на их стенках; Колбочки закрывают ма- ленькими вороночками (диаметр 3,5 см) для охлаждения водяных паров и ставят 8 Для упрощения вычисления результатов определения рекомендуется брать навески поч- вы , равные точно 0,1—0 ,2—0,3 г и т. д.
на горячую электроплитку с закрытой спиралью или на песочную баню. Плитки с открытой, спиралью следует покрыть достаточно толстым слоем асбеста, чтобы избежать бурного кипения, т. е. нагревание выше указанной температуры. При нагревании сначала выделяются мелкие пузырьки поглощенного почвой воз- духа и поглощенной С02, а затем начинается кипение. Кипение раствора должно быть еле заметным, т. е. выделение пузырьков С02, образующихся от окисления органических веществ почвы, должно быть хотя и обильным, но сами пузырьки должны быть немного больше, чем маковое зернышко. Кипение раствора должно продолжаться точно 5 мин (следить по песочным ча- сам) . Отсчет времени производят с момента появления первого относительно крупного пузырька газа. Кипение не должно сопровождаться выделением пара из воронки. Кипячение раствора — самая ответственная операция. Спокойное и слабое кипе- ние протекает при температуре 140—180 С, когда хромовая кислота еще не разла- гается. Если происходит испарение воды, кислотность раствора увеличивается, и часть хромовой кислоты разрушается. Это отражается на точности определения. В процессе кипячения окраска раствора изменяется из оранжевой в буровато- коричневую. Если окраска зеленая, это говорит о полном израсходовании хромо- вой кислоты и возможном недостатке ее на окисление перегноя. В таком случае определение повторяют, уменьшив навеску почвы или увеличив объем раствора би- хромата. По окончании кипячения колбу снимают с плитки, дают ей охладиться до ком- натной температуры и проводят титрование в присутствии окислительно- восстановительного индикатора. Титрование хромовой кислоты в присутствии фенилантраниловой кислоты9 Обмывают горло колбы из промывалки минимальным количеством дистиллированной воды (10—20 мл), прибавляют 5—6 капель 0,2%-ного раствора фенилантраниловой кислоты и титруют 0,2 Н раствором соли Мора10 до перехода окраски в зеленую. При избытке восстановителя индикатор переходит из окисленной (красно- фиолетовой) в восстановленную (бесцветную) форму, вследствие чего становится заметной зеленая окраска трехвалентного хрома. Поскольку окраска индикатора изменяется резко, соль Мора под конец титрова- ния приливают медленно (по каплям!), все время перемешивая раствор энергичным взбалтыванием. Раствор соли Мора хранят в особой установке, защищающей Fe2+ от окисления (рис. ниже). Надежные результаты определения получаются в том случае, когда на титрование остатка бихромата идет не менее 10 мл 0,2 Н рас- твора соли Мора, если для сжигания взято 10 мл 0,4 Н хромовой смеси. Фенилантраниловая кислота обладает высоким окислительно-восстановительным потенциалом, равным +1,08 В. Она не реагирует с Fe3+, поскольку ее потенциал значительно превышает потенциал системы Fe3+/Fe2+, равный +0,77 в. Большая разность потенциалов, равная 1,08 — 0,77 = 0,31 В, обеспечивает резкое изме- нение окраски индикатора в растворе, содержащем железо. Окислительно-восстановительные индикаторы, используемые при определении уг- лерода сжиганием хромовой смесью, обладают следующими свойствами: Индикатор Дифениламин Окраска формы окисленной сине-фиолетовая восстановленной бесцветная е0 при [Н+] = 1 В +0,76 9 В.Н. Симаков. Применение фенилантраниловой кислоты при определении гумуса по мето- ду Тюрина. «Почвоведение», 1957, № 8, стр. 72—73. 10 В работах И.В. Тюрина и Н.П. Бельчиковой титрование остатка хромовой кислоты ре- комендуется проводить 0,1 Н раствором соли Мора.
Фенилантраниловая кислота Ферроин красно-фиолетовая бледно-голубая бесцветная красная +1,08 +1,14 При титровании по ферроину в титруемый раствор добавляют 3 капли индикато- ра. Раствор окрашивается сначала в бурый цвет, затем по мере добавления соли Мора переходит в слабо-зеленоватый и в точке эквивалентности становится буро- коричневым. Изменение окраски резкое — от одной лишней капли соли Мора! а Установка для хранения титрованного раствора соли Мора: а — пре- дохранительная трубка с кристаллами FeS04; б — склянка Тищеико со ще- лочным раствором пирогаллола. Установление нормальности раствора бихромата в условиях опыта Раствор бихромата в разбавленной 1:1 серной кислоте весьма устойчив, но все же в какой-то мере он разлагается при кипячении. Поэтому каждый раз перед на- чалом или в конце работы определяют нормальность бихромата в тех же условиях, в каких проводят окисление гумусовых веществ почвы. Такое определение (обычно его называют холостым опытом) позволяет получить правильное представление о количестве бихромата, взаимодействующего с почвой, выразить это количество в мг'экв и вычислить содержание углерода в почве. При проведении холостого опыта берут ^0,2 г растертой в порошок прокаленной
пемзы или прокаленной суглинистой почвы, чтобы предохранить раствор от пере- грева11 и обеспечить ровное умеренное кипение, помещают в коническую колбочку емкостью в 100 мл, приливают из бюретки 10 мл ^0,4 Н раствора К2Сг207, за- крывают маленькой воронкой, ставят на горячую электроплитку с закрытой спира- лью или на песочную баню, нагревают до кипения и слабо кипятят ровно 5 мин. Дальше поступают так, как описано выше. Опыт повторяют три раза и по среднему значению вычисляют нормальность раствора бихромата по формуле Ni = N2*V2/Vi где Vi и Ni — объем и нормальность устанавливаемого раствора бихромата, a V2 и N2 — объем и нормальность титрованного раствора соли Мора. Поскольку титр раствора соли Мора неустойчив вследствие окисления закисного железа, его нормальность проверяют перед началом определения по 0,1 Н раство- ру КМп04. Процентное содержание углерода вычисляют по формуле (a*Hi - в*Н2)*0,003*100/г = %С где а — количество мл раствора К2Сг207, взятое для окисления органических веществ почвы; Hi — нормальность раствора К2Сг207; в — количество мл раствора соли Мора, затраченное на титрование избытка хромовой кислоты; Н2 — нормаль- ность раствора соли Мора; 0,003 — величина мг'экв углерода12; г — навеска воз- душно-сухой почвы в г. Пример вычисления Для определения содержания углерода перегноя взята навеска 0,2006 г воздуш- но-сухой почвы. Для окисления органических веществ к ней прилито 10 мл рас- твора К2Сг207 0,4086 Н. На титрование избытка хромовой кислоты после окисления затрачено 12,2 мл 0,2034 Н раствора соли Мора (10*0,4086 - 12,2*0,2034)*0,003*100/ 0,2006 = 2,40% С Реактивы: 1. ^0,4 Н раствор К2Сг207 в разбавленной (1:1) серной кислоте. Берут 40 г тон- ко измельченного в фарфоровой ступке кристаллического К2Сг207, растворяют примерно в 500—600 мл дистиллированной воды (можно с подогреванием) и фильтруют через бумажный фильтр в мерную колбу емкостью 1 л. Раствор дово- дят до метки дистиллированной водой и переливают в большую колбу (емкостью 2,5—5 л) из термостойкого стекла13. К этому раствору приливают (под тягой!) небольшими порциями (примерно по 100 мл) 1 л H2S04 (пл. 1,84) при осторож- ном и многократном помешивании. Раствор закрывают воронкой или стеклом, оставляют стоять для полного охлаждения до следующего дня, еще раз переме- шивают и переливают в бутыль или склянку с притертой пробкой. Хранят рас- твор в темном месте. 11 Нагревать без пемзы или прокаленной почвы нельзя: такое нагревание сопровождается перегревом, вследствие чего раствор становится тотчас же зеленым, т. е. непригодным для титрования. В этом случае опыт следует выполнить заново, добавив в раствор про- каленную пемзу или почву. 12 Грамм-эквивалент углерода равен 12,01/4 = 3, откуда 1 мг'экв углерода С = 3/1000 = 0,003 г. 13 При смешивании раствора с серной кислотой происходит сильное разогревание жидко- сти. В толстостенной посуде (в бутылях или склянках) такое смешивание нельзя прово- дить , так как она не выдерживает резкого повышения температуры.
. ^0,2 Н раствор соли Мора. Берут 80 г соли (NH4) 2S04'FeS04'6H20 (используют только голубые кристаллы, побуревшие отбрасывают), помещают в колбу и за- ливают 1 Н раствором H2S04 примерно на 2/з объема колбы14. Раствор взбалты- вают до полного растворения соли, фильтруют через складчатый фильтр с двойным вкладышем, добавляют дистиллированную воду до метки и хорошо пере- мешивают . Раствор хранят в бутыли, изолированной от воздуха. Нормальность раствора соли Мора устанавливают и проверяют по 0,1 Н раствору КМп04. В коническую колбу емкостью 250 мл мерным цилиндром вливают 1 мл H2S04 (пл. 1,84), отмеряют бюреткой 10 мл раствора соли Мора, прибавляют 50 мл дис- тиллированной воды и, в отличие от щавелевой кислоты, титруют 0,1 Н рас- твором КМп04 на холоду до слабо-розовой окраски, не исчезающей в течение 1 мин. Титрование повторяют три раза. Нормальность вычисляют по формуле Ni = N2*V2/Vi , где V2 — объем, N2 — нормальность раствора КМп04. . Щелочной раствор пирогаллола для склянки Тищенко приготовляют смешиванием раствора пирогаллола (12 г пирогаллола в 50 мл воды) с раствором щелочи (180 г КОН в 300 мл воды). . Раствор фенилантраниловой кислоты С1зНц02Ы. Кислота представляет собой бес- цветные или слегка окрашенные в сероватый или желтый цвет кристаллы, не растворимые в воде, поэтому индикатор приготовляют в растворе соды, чтобы перевести кислоту в растворимую натриевую соль. Отвешивают 0,2 г фенилан- траниловой кислоты и растворяют в 100 мл 0,2%-ного раствора Ыа2СОз. Для лучшего смачивания порошка индикатора В.Н. Симаков рекомендует взятую на- веску предварительно перемешивать в фарфоровой чашечке стеклянной палочкой с несколькими мл 0,2%-ного раствора Ыа2СОз до пастообразного состояния, а затем добавить остальное количество раствора Na2C03 при тщательном переме- шивании. Раствор фенилантраниловой кислоты может сохраняться долгое время. Прозрачный раствор постепенно темнеет, но это не мешает использованию ин- дикатора. Следует иметь в виду, что при больших количествах индикатора, вводимых в титруемый раствор, часть фенилантраниловой кислоты выпадает в виде осадка. . Ферроин [Ci2HsN2] 3'FeS04 имеется в продаже в готовом виде (раствор красного цвета), но может быть приготовлен в лабораторных условиях следующим обра- зом: 0,8 г о-фенантролина помещают в мерную колбочку со стеклянной пробкой емкостью 50 мл, растворяют в 20—25 мл дистиллированной воды, после чего прибавляют 0,35 г FeS04'7H20, доводят раствор водой до метки и перемешива- ют . Раствор индикатора хранится без изменения больше года. Примечания: . Карбонаты в небольших количествах не мешают определению углерода по Тюри- ну, так как навески очень малы. В сильнокарбонатных почвах необходимо уда- лить карбонаты, разлагая их небольшим избытком разбавленной серной кисло- ты. В случае таких почв необходимо особо осторожно кипятить раствор во из- бежание разбрызгивания и выброса кипящей жидкости от перегрева. . По исследованию П.Г. Грабарова (1939) содержание хлоридов в почве менее 0,2% не мешает определению углерода методом Тюрина. При большем содержании их (по Н.Б. Мякиной, 1966, — свыше 0,6%, по В.В. Пономаревой, 1956, — свы- ше 1%) следует учитывать расход бихромата на окисление хлоридов, внося со- ответствующую поправку. 14 Для повышения устойчивости и предотвращения образования основных солей железа раствор соли Мора должен быть сильно подкислен — не менее 20 мл H2S04 (пл. 1,84) на 1 л раствора. Если растворить FeS04 в дистиллированной воде без добавления H2S04 рас- твор получится мутным (от основных солей).
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО АЗОТА Валовое содержание азота в поверхностном горизонте почв колеблется в преде- лах 0,10—0,85%. Вниз по почвенному профилю количество его, как и углерода, снижается. Азот входит в состав органических веществ почвы. Накопление его так же, как и накопление углерода, характеризует почвообразовательный процесс, обуслов- ленный биологическим круговоротом веществ. Азот — важнейший элемент питания растений, поэтому общий запас его в почве считают показателем ее потенциального плодородия. Содержание азота в гумусе (перегное) для всех почв, кроме каштановых, се- роземов и красноземов, равно примерно 5% (т. е. составляет 1/20 часть) гуму- са. В каштановых почвах и сероземах содержание азота в гумусе повышается до 6—8%, в красноземах понижается до 3% (Н.И. Болотина). В почвах наблюдается определенное отношение C:N, которое служит показателем обогащенности гумуса азотом. Оно колеблется в сравнительно узких пределах15. Поскольку содержание в почве минерального азота, т. е. азота аммонийных со- лей, нитратов и нитритов, незначительно, количество азота органических ве- ществ почвы принимают за общее его содержание. Разложение органических веществ для перевода азота в аммонийную форму про- водят мокрым сжиганием кипящей серной кислотой (метод Кьельдаля, предложенный им в 1883 г.) или сжиганием серной кислотой в присутствии дополнительного сильного окислителя (метод Тюрина, 1933) . При определении азота по Кьельдалю азот нитратов, нитритов, азо- и диазо- соединений, а также азот пиррола, пиридина, хинолина и многих других гетеро- циклических соединений не учитывается. При большом количестве нитратов в почве, что имеет место в первое время по- сле внесения азотнокислых удобрений, азот определяют методом Иодльбауэра (1886), т. е. после сжигания органических веществ серной кислотой в присутст- вии фенола. После разложения органических веществ почвы азот количественно определяют в виде соли аммония объемным или колориметрическим методом. Определение азота методом Кьельдаля Метод основан на разложении органических веществ почвы концентрированной серной кислотой при кипячении, в результате чего аминный азот16 переходит в аммиачную форму и задерживается серной кислотой в виде сернокислого аммония: 2CH3CHNH2COOH + 13H2S04 = (NH4)2S04 + 6С02 + 16H20 + 12S02. аланин Перенося затем раствор в отгонную колбу и нейтрализуя кислоту щелочью, от- гоняют аммиак в приемник с титрованной кислотой, где он поглощается: 2NH3 + H2S04 = (NH4)2S04. 15 Данные по запасу органического азота и отношению C/N в почвах СССР имеются в ст.: И.В. Тюрин. Почвообразовательный процесс, плодородие почв и проблема азота в почво- ведении и земледелии. «Почвоведение», 1956, № 3, стр. 1—17. 16 Аминным называют азот аминогруппы NH2, входящей в состав аминокислот и амидов.
Избыток серной кислоты определяют титрованием раствором щелочи: H2S04 + 2NaOH = Na2S04 + H20. По количеству оставшейся свободной серной кислоты узнают количество погло- щенного аммиака. Выполнение определения Почву, подготовленную для определения азота, отвешивают на аналитических весах в сухой чистой пробирочке в количестве 0,8—2,5 г. Величина навески за- висит от содержания азота в почве. На запаянный конец пробирки надевают отрезок каучуковой трубки и с помощью его вводят пробирку в сухую чистую колбу Кьельдаля емкостью 100 мл или боль- ше (объем колбы зависит от величины навески и количества взятой H2S04 для сжигания органических веществ почвы). Пробирку опускают возможно глубже, поч- ти до дна колбы, и осторожно высыпают почву так, чтобы она не распылилась. Колба Кьельдаля и высыпание навески в нее. Пробирку вынимают из каучуковой трубки и взвешивают. По разности между ве- сом пробирки с почвой и без нее находят величину взятой навески почвы для оп- ределения общего азота. В колбу с почвой бросают 1—2 крупинки металлического селена (^0,05 г) как катализатора17, после чего измерительным цилиндром приливают 10 мл H2S04 пл. Селен как катализатор значительно ускоряет процесс разложения органических ве- ществ почвы по следующим причинам: концентрированная серная кислота окисляет селен до селенистой кислоты: Se + 2H2S04 = H2Se03 + 2S02 + Н20. Селенистая кислота в кислом растворе под действием восстановителей (органических веществ почвы) восстанавливает- ся до элементного селена: 6H2Se03 + СбН2Об = 6Se + 6С02 + 12Н20.
1,84, проверенной на отсутствие аммиачного азота. Приведенный цикл окисления и восстановления селена повторяется до тех пор, пока все органические вещества почвы не будут полностью разрушены. Таким же каталитическим действием обладает селенистый ангидрид SeO и селенистая кисло- та H2Se03. Селена требуется малое количество. При излишнем количестве красно-фио- летовые пары селена (улетучиваются при температуре 220 С) оседают в верхней части колбы Кьельдаля в виде бурого налета. Поскольку пары селена ядовиты, работу с ним следует проводить обязательно в вытяжном шкафу. Содержимое колбы перемешивают круговым движением, стараясь не размазать суспензию по всему грушевидному расширению колбы. Почва должна быть смочена кислотой полностью, чтобы не осталось сухих пятен на дне колбы, иначе сухая почва при нагревании пригорает и происходит частичная потеря азота. Колба в этом месте может также лопнуть от перегрева. Закрывают колбу особой стеклянной пробкой или маленькой вороночкой и ставят в вытяжном шкафу на разовую установку или электроплитку. Если вытяжного шкафа нет, удобно пользоваться установкой с отводом сернистого газа. Колбу помещают в наклонном положении, чтобы защитить содержимое ее от выбрасывания при толч- ках в процессе сжигания. Мокрое сжигание почвы для определения общего азота: а) на газовой горелке; б) на электроплитке. Установка для мокрого сжигания почвы с отводом сернистого газа.
Поскольку концентрированная серная кислота кипит при 338 С, колбы Кьельдаля изготовляют из термостойкого стекла. Нагревание ведут на голом огне, но нужно следить, чтобы пламя не касалось той части колбы, которая не смочена кисло- той. Поэтому под колбу подкладывают асбестовый картон с вырезом, равным диа- метру части колбы, занятой кислотой. Нагревать начинают на слабом огне. Когда начнется обильное выделение белого «дымка»18, нагрев увеличивают и содержимое колбы доводят до слабого кипения. Верхняя часть длинного горла колбы, служащего холодильником, должна оставать- ся холодной; чтобы обеспечить конденсацию паров кислоты. В случае сильного вспенивания, колбу снимают с огня, дают ей немного охладиться, помешивают со- держимое так, чтобы пена не поднималась выше половины ее грушевидного расши- рения, после чего колбу снова ставят на огонь19. Кипение серной кислоты все время должно быть слабым! Сильное кипение ведет к потере азота вследствие частичного разложения сульфата аммония. Продолжительность сжигания зависит от состава органических веществ почвы. Сжигание считается законченным, когда раствор над минеральным остатком сдела- ется бесцветным, а остаток на дне колбы станет белым. После этого нагревание продолжают еще 20—30 мин. Одновременно ставят холостой опыт на чистоту реак- тивов . По окончании сжигания колбу снимают с огня и оставляют стоять для охлажде- ния до комнатной температуры. После охлаждения снимают пробку и обмывают ее безаммиачной дистиллированной водой20 над чистым стаканчиком. Затем водой из этого стаканчика осторожно обмывают горло колбы. Поскольку в колбе содержится некоторое количество концентрированной серной кислоты, взаимодействие ее с водой в первый момент проходит бурно, поэтому разбавление кислоты в колбе Кьельдаля следует вести осторожно, приливая воду по стенке колбы небольшими порциями. Содержимое колбы разбавляют водой примерно до половины грушевидного расширения, Если отгонку аммиака в тот же день нельзя провести, верхнюю часть горла колбы обмывают водой из промывалки, закрывают каучуковой пробкой и сохраняют раствор до следующего дня. Разбавленный раствор переливают из колбы Кьельдаля в плоскодонную отгонную колбу емкостью 750 мл. Отгонная колба должна быть изготовлена из термостойко- го стёкла. Горло и расширенную часть колбы Кьельдаля многократно обмывают из промывал- ки небольшими порциями дистиллированной воды. Промывную жидкость сливают в отгонную колбу21. Обмывание ведут до тех пор, пока в отгонной колбе не набе- рется 300—400 мл раствора, т. е. примерно около половины емкости колбы. Измерительным цилиндром отмеривают 40%-ный раствор щелочи (NaOH или КОН) в количестве, в 4 раза большем, чем было взято концентрированной серной кислоты для сжигания22. Наклоняют отгонную колбу и осторожно, не перемешивая ее со- держимого, приливают по стенке колбы раствор щелочи. Щелочь как тяжелая жид- При температуре выше 160 С происходит сильное испарение H2S04. Пары серной кислоты при дальнейшем нагревании разлагаются по схеме H2S04 <=> S03 + H20. Охлаждаясь, S03 и Н20 конденсируются и образуют белый «дымок», заполняющий колбу. 19 При очень сильном вспенивании в колбу бросают кусочек парафина (не больше 0,5 г). 20 Проще и надежнее освобождать дистиллированную воду от следов аммиака, пропуская ее через Н-катионитовый фильтр. 21 При небольших навесках минеральный остаток бывает настолько мал, что его можно перенести в перегонную колбу. В случае больших навесок (песчаные почвы) остаток сле- дует по возможности задержать в колбе Кьельдаля, так как в его присутствии кипение раствора в отгонной колбе сопровождается сильными толчками. 22 Отмеривание щелочи и кипячение щелочного раствора в отгонной колбе следует прово- дить в защитных очках.
кость опускается на дно под слой кислоты. Прибавляют 2—3 капли фенолфталеина и маленький кусочек гранулированного цинка для спокойного кипения раствора при перегонке, после чего ставят колбу на штатив, прибора для отгонки аммиака. Пробку с каплеуловителем смачивают водой для герметичности, закрывают колбу пробкой и слегка закрепляют горло колбы держателем. При плотном закреплении стекло горла может дать трещину вследствие расширения лт нагревания. Прибор для отгона аммиака: а — отгонная колба; б — каплеуловитель; в — дистилляциоииая трубка; г — приемник с титрованным раствором сер- ной кислоты или процентным раствором борной кислоты. Для обеспечения полной герметичности прибора пробку у края колбы и около трубки каплеуловителя смачивают водой из капельницы, следя за тем, чтобы вода не текла по стеклу и не смачивала дно колбы. Приемник содержит титрованный раствор кислоты или же раствор борной кислоты приблизительной концентрации. Приемник подготовляют следующим образом. Берут чистую коническую колбу емкостью 250—500 мл и отмеривают в нее бюреткой 20—25 мл серной или соляной кислоты 0,1—0,05—0,02 Н в зависимости от содержания азота. Чаще всего в качестве приемной жидкости используют титрованный раствор серной кислоты. Прибавляют в приемник 1—2 капли смешанного индикатора Гроака23, окрашиваю- Индикатор Гроака — это смешанный химический индикатор, который состоит из равных объемов 0,4%-го спиртового раствора метилового красного и 0,2%-го спиртового раство- ра метиленового синего.
щего раствор кислоты в красно-фиолетовый цвет. Подставляют приемник под труб- ку холодильника так, чтобы конец этой трубки был погружен в кислоту на глуби- ну 5 мм. Приемник ставят на подставку, чтобы, вынимая ее, можно было опустить приемник вниз и освободить трубку от кислоты тогда, когда жидкость в перегон- ной колбе начнет кипеть и первые капли конденсата попадут в приемник24. Пускают воду в холодильник, держат наготове в стороне зажженную горелку и энергично перемешивают круговым движением по сетке штатива содержимое отгон- ной колбы с целью нейтрализации кислоты и создания щелочной среды, необходи- мой для вытеснения аммиака из сульфата аммония. Малиновая окраска от фенол- фталеина показывает щелочную среду раствора в отгонной колбе. Тотчас же после перемешивания25 под отгонную колбу ставят горелку (пламя не должно быть сильным!) и доводят раствор до кипения. Нагревание регулируют так, чтобы кипение было спокойным. Уже в процессе перемешивания содержимого отгонной колбы перед нагреванием аммиак выделяется в газообразном виде, так как раствор при нейтрализации ки- слоты щелочью разогревается. По мере нагревания выделение аммиака усиливает- ся. Поскольку аммиак поглощается кислотой, давление внутри отгонной колбы снижается, и происходит засасывание жидкости из приемника в трубку холодиль- ника. Как бы сильно не было засасывание26, вынимать дистилляционную трубку из титрованной кислоты нельзя до тех пор, пока раствор не закипит. В противном случае часть аммиака будет потеряна. При кипении раствора помимо аммиака вы- деляются пары воды, которые конденсируются в холодильнике и поглощают га- зообразный аммиак. Вследствие этого аммиак поступает в приемник в виде водно- го раствора NH4OH. Спустя 6—8 мин после начала кипения раствора подставку из-под приемника вы- нимают и приемник опускают вниз. С этого момента дистилляцяонную трубку дер- жат вне приемной жидкости с тем, чтобы предохранить эту жидкость от перебра- сывания в отгонную колбу. Перебрасывание приемной жидкости в отгонную колбу сопровождается опасным взрывом. Поэтому кипячение раствора до момента освобо- ждения дистилляционной трубки от приемной жидкости следует вести в предохра- нительных очках и не оставлять раствор без наблюдения! Раствор кипятят в отгонной колбе до тех пор, пока не отгонится примерно по- ловина ее содержимого (^150—200 мл) . Полноту отгонки проверяют реактивом Несслера27. Для этого конец дистилляционной трубки тщательно обмывают снаружи над приемником, чтобы смыть с него остаток титрованной кислоты с поглощенным аммиаком. После обмывания собирают 2—3 капли дистиллята в фарфоровую чашечку и прибавляют каплю реактива Несслера. Раствор должен остаться бесцветным или окрашенным в слабо-желтоватый цвет, какой имеет сам реактив Несслера. По окончании отгонки прекращают нагревание раствора и выключают холодиль- ник. Обмывают дистиллированной водой стенки приемника, чтобы собрать с них капли титрованной кислоты. Оттитровывают избыток кислоты в приемнике раство- ром щелочи примерно такой же нормальности, как кислота, взятая для поглощения аммиака. Приемник можно поставить наклонно и конец трубки опустить в кислоту. При сильном засасывании приемной жидкости при кипячении раствора приемник ставят прямо и тем ос- вобождают дистилляционную трубку от жидкости. 25 При перемешивании тяжелая жидкость (раствор NaOH или КОН) на дне колбы должна полностью прореагировать с кислотой, иначе возможен перегрев жидкости, сопровождае- мый бурным вскипанием и иногда взрывом колбы. 26 Неглубокое погружение дистилляционной трубки в приемную жидкость предохраняет жидкость от слишком сильного засасывания. 27 Реактив Несслера — это щелочной водный раствор тетрайодомеркурата(II) калия K2[HgI4]KOH или NaOH.
Титрование ведут до перехода красно-фиолетовой окраски смешанного индикато- ра Гроака в зеленую. Изменение окраски индикатора зависит от изменения окра- ски метилового красного, входящего в состав индикатора Гроака. Метиленовыи голубой, являющийся вторым компонентом этого смешанного индикатора, является индифферентным веществом (светофильтром), синий цвет которого дополняет окра- ску метилового красного. Сочетание красной окраски метилового красного в кислой среде с синим цветом красителя дает красно-фиолетовую окраску, а сочетание желтой окраски метило- вого красного в щелочной среде с синей окраской красителя дает зеленую окра- ску. По количеству оставшейся кислоты находят количество кислоты, связанной с аммиаком, и вычисляют содержание азота в почве, учитывая данные холостого опыта. Вычисление процентного содержания азота ведут по формуле (a*Hi - в*Н2)*0,014*100/г = %N где а — количество мл H2S04, взятое в приемник; Hi — нормальность H2S04, взятой в приемник; в — количество мл NaOH, затраченное на титрование избытка кислоты в приемнике; Н2 — нормальность раствора NaOH, используемого для тит- рования; 0,014 — величина мг'экв азота в г; г — навеска почвы, высушенной при 100-105 С. Пример вычисления Навеска воздушно-сухой почвы в пересчете на высушенную при 100—105 С равна 2,4265 г. В приемник внесено 20,0 мл 0,05048 Н раствора H2S04. На титрование избытка серной кислоты в приемнике затрачено 14,20 мл 0,05175 Н раствора NaOH: (0,05048*20,0 - 0,05175*14,2)*0,014*100/2,4265 = 0,16% N Из полученной величины содержания азота в почве вычитают то количество азо- та, которое найдено при проведении холостого или контрольного опыта на чисто- ту реактивов. Реактивы: 1. H2S04 пл. 1,84. Кислота не должна содержать аммонийных солей. Испытание на отсутствие аммонийных солей проводят следующим образом: берут 2 мл H2S04 и вливают кислоту в 30 мл дистиллированной воды, после чего прибавляют 10%- ный раствор NaOH или КОН до щелочной реакции, а затем вносят 10—15 капель реактива Несслера. Допустима лишь очень слабо-желтая, но ни в коем случае не буро-красная окраска. Не должно быть также осадка, который выпадает при очень большом содержании NH4+. 2. Металлический селен, измельченный до мелкозернистого порошка. Можно ис- пользовать также селенистый ангидрид или селенистую кислоту. 3. 40%-ный раствор щелочи NaOH или КОН. Твердую щелочь берут щипцами или сло- женным в несколько раз кусочком фильтровальной бумаги и отвешивают на тех- нических весах в фарфоровой чашке в количестве 400 г. Щелочь сильно разъе- дает кожу и обращаться с ней следует осторожно. Измельчение щелочи необхо- димо проводить обязательно в защитных очках и резиновых перчатках. Отве- шенную щелочь помещают в большую фарфоровую чашку или фарфоровый стакан и приливают 600 мл дистиллированной воды при помешивании стеклянной палоч- кой. Растворение щелочи сопровождается сильным разогреванием. Толстостен- ная стеклянная посуда может лопнуть от такого нагрева, а тонкостенная — не
настолько прочна, чтобы выдержать длительное перемешивание кусков щелочи. Перемешивание производят до тех пор, пока все куски щелочи не растворятся полностью. Раствор закрывают бумагой и оставляют стоять до следующего дня или на несколько дней. Отстоявшийся раствор сливают или отфильтровывают через стеклянную вату в бутыль и хранят закрытым каучуковой пробкой. 4. Титрованный раствор H2S04 или HC1. Поскольку навески почвы для определения азота берут небольшие и содержание азота в почве невелико, используют О,02—0 ,05—0,1 Н растворы указанных кислот. 5. Титрованный раствор NaOH или КОН тех же нормальностей. 6. Смешанный индикатор Гроака. Индикатор представляет собой смесь индикатора метилового красного и красителя метиленового голубого. Наиболее простой способ приготовления этого индикатора такой: 100 мл насыщенного спиртового раствора метилового красного смешивают с 4 мл 1%-ного водного раствора ме- тиленового голубого. Метиловый красный должен быть в кислотной форме, но не в солевой, в какой выпускают водо-растворимый индикатор. По другому способу 1 объём 0,4%-ного спиртового раствора метилового красного смешива- ют с 1 объемом 0,2%-ного спиртового раствора метиленового голубого. В том и другом случае раствор смешанного индикатора хранят в темной склянке. Ок- раска индикатора Гроака изменяется в интервале рН 5,2—5,6. В кислой среде индикатор окрашен в красно-фиолетовый цвет, в щелочной — в зеленый. Пока- затель титрования рТ - 5,4. Изменение окраски очень резкое, и потому точ- ность определения азота с этим индикатором высокая. Тем же индикатором, но с другим соотношением метилового красного и метиленового голубого является индикатор Таширо, а также индикатор Андерсена и Иенсена. Поглощение аммиака раствором борной кислоты Выделяющийся при перегонке аммиак более удобно поглощать раствором борной кислоты. Аммиак образует с борной кислотой борат аммония по реакции Н3В03 + 3NH4OH = (NH4)3B03 + 3H20. Полученный борат аммония титруют раствором серной кислоты в присутствии смешанного индикатора Гроака до изменения зеленой окраски в красно- фиолетовую: 2(NH4)3B03 + 3H2S04 = 3(NH4)2S04 + 2Н3В03. Поскольку в этом случае проводится прямое титрование аммиака, техника опре- деления и вычисления результатов упрощается. В коническую колбу емкостью 250 мл вливают 10 мл 4%-ного раствора борной кислоты дозатором или измерительным цилиндром (точность учета объема Н3В03 не имеет значения) и разбавляют раствор дистиллированной водой в два раза или больше. Приливают 4 капли смешанного индикатора Гроака, подставляют приемник под трубку холодильника в установке для отгонки аммиака и отгоняют NH3 до тех пор, пока объем раствора в приемнике не увеличится примерно до 150 мл. Титру- ют раствор в приемнике раствором H2S04 или HC1 до измерения зеленой окраски в красно-фиолетовую. Содержание азота в почве вычисляют по формуле мл*Н*0.014*100/г = % N где мл — количество кислоты, затраченной на титрование, Н — нормальность кислоты; 0,014 — величина мг'экв азота. Из полученной величины процентного содержания азота следует вычесть количество азота, найденное в холостом, т. е. контрольном на чистоту реактивов опыте.
Примечания: 1. При определении азота в сильнокарбонатных почвах количество H2S04 (пл. 1,84) для сжигания органических веществ должно быть увеличено, учитывая, что часть кислоты расходуется на разложение карбонатов. Кислоту в этом случае следует приливать небольшими порциями, перемешивая каждую порцию круговым движением колбы. Следующую порцию кислоты приливают лишь после прекращения бурной реакции разложения карбонатов. Чтобы избежать выполза- ния содержимого колбы от остаточного выделения С02 разлагаемых карбонатов (в процессе нагревания), колбу после добавления серной кислоты следует ос- тавить на ночь или на 2—3 час, чтобы кислота пропитала почву и разрушение карбонатов было полным, но не бурным. 2. При поглощении аммиака титрованным раствором серной или соляной кислоты может быть такой случай, что в процессе поглощения фиолетовая окраска ин- дикатора Гроака изменяется в зеленую. Это получается в том случае, когда в почве много азота или же для поглощения аммиака взят раствор кислоты слиш- ком малой концентрации, т. е. вся кислота в приемнике оказывается нейтра- лизованной полностью и избыток NH3 растворяется в приемной жидкости в виде NH4OH. В этом случае титрование проводят таким же раствором кислоты, какой был взят в приемник, и титрование ведут до изменения зеленой окраски .в фиолетовую, приплюсовывая количество кислоты, затраченное на титрование, к тому количеству кислоты, которое было взято в приемник для поглощения. 3. Определять аммоний после отгонки можно колориметрическим методом как опи- сано И. Ф. Голубевым (1937). Полумикромодификация 28 метода Кьельдаля Почву после тщательного отбора корешков и растирания в агатовой (яшмовой) ступке отвешивают на аналитических весах в количестве 0,2—1 г. Помещают в колбочку Кьельдаля емкостью 100 мл, прибавляют крупинку (^0,05 г) металличе- ского селена как катализатора и приливают 4 мл H2S04 пл. 1,84. Сжигание проводят в вытяжном шкафу на электроплитке с открытой спиралью или пользуются особой установкой с отводом сернистого газа и нагревают до полного обесцвечивания раствора. По окончании сжигания колбочку охлаждают, содержимое ее осторожно разбавляют безаммиачной дистиллированной водой, стараясь смыть все капли кислоты, имеющиеся на стенках колбы. Объем жидкости после разбавле- ния не должен превышать 40—50 мл. Колбочку присоединяют к прибору для отгонки аммиака из колбы для сжигания. Прибор состоит из: 1. парообразователя с воздушным холодильником; 2. 3-ходового краиа; 3. изогнутой трубки с вороикой; 4. колбочки Кьельдаля указанной выше емкости29; 5. каплеуловителя; 6. холодильника; 7 . приемника. Герметичность прибора должна быть проверена отгонкой аммиака из раствора чистой соли аммония. Е.В. Аринушкина и Т.П. Болтенко. Методика определения общего азота в малых навес- ках почвы. «Веста. Моск. ун-та», сер. физико-мате-матич. и естеств. наук, вып. 2, 1950, № 3, стр. 117. 29 Колба парообразователя и колбочки Кьельдаля должны быть из термостойкого стекла.
Прибор для отгона аммиака из колбы для сжигания почвы. Для равномерного кипения воды в колбу парообразователя следует положить ку- сочки прокаленной пемзы или стеклянные капилляры. Как только определение за- кончено, трубку и кран воронки следует промыть дистиллированной водой — в противном случае в присутствии щелочи может произойти «заедание» крана. Перед тем как приступить к отгонке аммиака, необходимо нагреть воду в- парообразователе до кипения и, включив холодильник, пропарить прибор 15—20 мин. После пропарки пар 3-ходовым краном переключают во второй прибор, а в первом проводят отгонку аммиака. Для этого имеющуюся в приборе колбу заменяют той колбой, в которой проводи- лось сжигание навески почвы. Под холодильник ставят приемник — коническую колбу емкостью 100 мл, в которую приливают бюреткой 10—15 мл 0,02 Н раствора H2S04 и добавляют 2 капли смешанного индикатора Гроака. Через воронку осто- рожно небольшими порциями приливают в колбу 20 мл 30%-ного раствора NaOH или КОН, оставляя в воронке под конец 1—2 капли щелочи в качестве гидравлического затвора. Открывают 3-ходовой кран и, пропуская пар через колбу с навеской, отгоняют аммиак 7—10 мин. В конце перегонки дистилляционную трубку вынимают из прием- ной жидкости и пропаривают еще несколько минут, чтобы полностью собрать амми- ак. В течение отгонки аммиака вода в парообразователе должна кипеть умеренно и равномерно, чтобы поступление пара в отгонную колбу было также равномерным. Неравномерное поступление пара (быстрое или замедленное) отражается на ре- зультатах определения. При слабом поступлении пара происходит засасывание ки- слоты из приемника в трубку холодильника. Одновременно происходит засасывание содержимого перегонной колбы в трубку с воронкой. При» быстром токе пара на- блюдается проскок его без достаточного охлаждения в холодильнике, вследствие чего часть азота будет потеряна. По окончании отгонки пар переключают в другой прибор. Для выравнивания дав- ления внутри колбы, из которой отогнан аммиак, открывают край воронки. Обе операции: переключение пара и выравнивание давления — следует делать одновре- менно . Если опоздать вовремя открыть кран воронки и переключить пар, содержи- мое перегонной колбы заполнит трубку с воронкой. Если же открыть кран ворон- ки, не выключив пар, брызги щелочи могут попасть в приемник и тогда анализ
будет испорчен. Поэтому необходимо приобрести навык в выполнении этой опера- ции. Когда давление внутри прибора будет равно атмосферному, пробку снимают с отростка в шарике дистилляционной трубки, промывают часть трубки ниже шарика внутри и снаружи ее дистиллированной водой без аммиака и оттитровывают избы- ток кислоты в приемнике 0,02 Н раствором щелочи до перехода фиолетовой окра- ски смешанного индикатора Гроака в зеленую. Титрование следует вести из микробюретки с автоматически устанавливающимся нулем. Из израсходованного объема следует вычесть средние показания двух кон- трольных опытов на чистоту реактивов и воды, поставленные с прокаленной пем- зой или прокаленной почвой. Результаты определения вычисляют, как описано на выше.
Микробюретка с автоматически устанавливающимся нулем 1 —вертикаль- ная трубка; 2 — спускная трубка; 3 — наполнительная трубка; 4 — гра- дуированная часть вертикальной трубки с ценой деления 0,02 мл; 5 — нагнетательная трубка; 6 — нагнетательная груша; 7 — спускной кран; 8 — спускной капилляр: 9—10 — предохранительные трубки; 11 — тройник для снижения давления при наполнении бюретки; 12 — склянка для тит- рованного раствора, пришлифованная к бюретке. Реактивы: 1. H2S04 (пл. 1,84) . 2.Селен в порошке. 3.30%-ный раствор NaOH или КОН. 4.0,02 Н раствор H2S04. 5.0,02 Н раствор NaOH или КОН 6.Смешанный индикатор Гроака. Микрохромовый метод Тюрина31 После отбора корешков почву растирают в ступке и пропускают через сито с отверстиями 0,25 мм. Берут навеску 0,2—0,3 г. (при содержании перегноя около 10%), но не больше 1 г, помещают в сухую плоскодонную колбу емкостью 250 мл. Приливают 2,5 мл 25%-ного раствора СгОз или 10%-ного раствора К2Сг207, смачи- вают почву этим раствором осторожным взбалтыванием, стараясь не смачивать стенки колбы выше половины ее объема. Прибавляют 5 мл H2S04 пл. 1,84 и снова перемешивают содержимое колбы круго- вым движением. Вставляют в колбу маленькую воронку в качестве холодильника и ставят на заранее нагретую электрическую плитку с закрытой спиралью для сжи- гания. Нагревают содержимое колбы до кипения и умеренно кипятят до явного по- зеленения жидкости, но не менее 10 мин. Кипение не должно быть бурным. Воронку ставят в колбу в слегка наклонном положении, чтобы скошенный конец ее прилегал к стенке колбы. При таком положении стекание жидкости идет по стенке колбы, без толчков кипящей жидкости. Вследствие постепенного разложения хромового ангидрида в процессе окисления органических веществ к концу указанного времени происходит позеленение жидко- сти. Если позеленение наблюдается сразу после прибавления к навеске хромовой и серной кислоты, определение необходимо повторить, уменьшив навеску, или до- бавить в колбу 1—2 мл раствора хромового ангидрида и соответственно этому прибавить двойное количество серной кислоты. В этом случае при отгонке аммиака необходимо увеличить объем приливаемой щелочи. Количество 50%-ного раствора NaOH должно быть в 4 раза больше, взято- го для сжигания количества серной кислоты. По окончании окисления (жидкость должна быть интенсивно зеленая) колбу снимают с плитки и дают ей охладиться. Если же окраска жидкости зеленовато-бурая, кипячение продолжают до полного позеленения раствора. Отгонку аммиака производят из той же колбы, в которой вели окисление. После охлаждения колбы воронку обмывают с внутренней и наружной стороны (держа во- Размеры частей микробюретки приведены в кн. М.О. Коршун и Н.Э. Гельман. Аппарату- ра для количественного элементарного микроанализа. М., Изд-во АН СССР, 1947, с. 48. 31 И.В. Тюрин. Микрохромовый метод определения общего азота в почве. «Почвоведение», 1933, № 2, а также Н.П. Бельчикова. Определение общего азота в почве по Тюрииу (мик- рометод) . Сб. «Агрохимические метод» исследования почв», изд. 4. М. , «Наука», 1965, стр. 72—75.
ронку над колбой), содержимое колбы разбавляют водой примерно до 100 мл и тщательно перемешивают. Для равномерного кипения прибавляют немного прокален- ной пемзы и, держа колбу в наклонном положении, приливают по стенке 20 мл 50%-ного раствора NaOH; присоединяют колбу к аппарату для отгонки NH3 с при- емником для аммиака и после этого перемешивают содержимое колбы. Прибор для отгонкисостоит из небольшого каплеуловителя диаметром 5—6 см и стеклянной трубки с оттянутым концом и шариковым предохранителем. Трубку опускают в коническую колбочку емкостью 100 мл, в которую налито из бюретки 10—15 мл 0,02 Н раствора H2S04 и 2 капли смешанного индикатора Гроака32. Прибор для отгона аммиака по микрохромовому методу Тюрина. Горячий дистиллят титруют 0,02 Н раствором NaOH до изменения красно- фиолетовой окраски раствора в зеленую. Из результатов титрования вычитают среднее показание двух контрольных опытов. В контрольном опыте вместо навески почвы в колбы помещают по 0,2 г прока- ленной почвы или прокаленной пемзы и весь анализ ведут в той же последова- тельности и с теми же количествами реактивов, как и в случае почв: в приемник приливают столько же миллилитров 0,02 Н раствора серной кислоты, и титрование ведут в тех же условиях, как в случае анализа почв. Содержание азота в анализируемой почве вычисляют по формуле, приведенной выше. Реактивы: 1. 25%-ный раствор хромового ангидрида. Берут 25 г СгОз, растворяют в дистил- лированной воде и доводят до объема 100 мл безаммиачной дистиллированной водой. Вместо хромового ангидрида можно применять 10%-ный раствор бихрома- та калия К2Сг207, но следует иметь в виду, что раствор этой соли легко пе- регревается и кипит толчками, что затрудняет кипячение. 2. Серная кислота пл. 1,84. Кислоту следует проверить на содержание аммоний- ных солей. Автор метода пользовался индикатором метиловым красным, но применение смешанного индикатора Гроака увеличивает точность определения азота объемным методом.
3. 50%-ный раствор NaOH приготовляют растворением щелочи так, как указано вы- ше . 4. Прокаленная пемза. Пемзу растирают в ступке, просеивают через сито с от- верстиями диаметром 1 мм и прокаливают 1— 1,5 час в фарфоровой чашке при температуре красного каления. Вместо пемзы можно пользоваться прокаленной глинистой или суглинистой почвой. 5. Индикатор Гроака, приготовление описано выше. 6. 0,02 Н раствор H2S04. 7. 0,02 Н раствор NaOH. КОЛОРИМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕГО АЗОТА Метод Несслера Из колориметрических методов определения азота наиболее распространен метод Несслера, предложенный им в 1856 г. В основу этого метода положено взаимодей- ствие иона аммония с щелочным раствором ртутнойодистого калия K2[HgI4]+KOH с образованием нерастворимого йодистого меркураммония по уравнению \rig йодистый меркураммоннй + I -f ТГ + ЗН20. Главная, составная часть реактива Несслера — комплексный йодомеркуриат [Нд14]2~. Он устойчив только в щелочной среде. При действии кислоты разрушает- ся с выделением осадка йодида ртути Нд12 кирпично-красного цвета, поэтому данную реакцию можно выполнять только в нейтральных, или щелочных растворах. Образующийся йодистый меркураммоннй в малых количествах, дает коллоидный раствор желтого цвета. При большом содержании он выделяется из раствора в ви- де красно-бурого осадка. Поскольку интенсивность окраски зависит от величины частиц коллоидного раствора, необходимо соблюдать определенный порядок прили- ва ни я реактивов. Чувствительность реакции по величине молярного коэффициента погашения е=6200 при Х=400 нм. Подчинения закону Бера до 1,25 мгЫ/л. Определению мешают катионы, дающие в щелочной среде осадок. Для предотвра- щения образования осадка перед приливанием реактива Несслера в раствор вводят калийно-натриевую соль винной кислоты, называемую сегнетовой солью. 0,2—0,5 г или несколько больше почвы (в зависимости от содержания в ней азота) помещают в колбу Кьельдаля емкостью 100 мл. Прибавляют маленькую кру- пинку металлического селена (около 0,025 г), приливают 10 мл H2S04 пл. 1,84 и размешивают содержимое колбы круговым движением до тех пор, пока вся почва не будет смочена кислотой, после чего проводят сжигание по методу Кьельдаля. По окончании сжигания колбу оставляют стоять для охлаждения до комнатной температуры, затем содержимое колбы осторожно разбавляют водой, обмывая в первую очередь стеклянную пробку, которой была закрыта колба Кьельдаля во время сжигания. Переносят содержимое этой колбы вместе с минеральным остатком33 через ворон- 33 Так как навески почвы для колориметрического определения азота берут небольшие, объем минерального остатка незначителен и его присутствие в мер ной колбе не отра- зится на точности определений.
ку в мерную колбу емкостью 250—500 мл — в зависимости от величины навески и содержания азота в почве. Несколько раз тщательно обмывают колбу Кьельдаля безаммиачной дистиллированной водой, присоединяя промывные воды к раствору в мерной колбе. Доливают раствор в мерной колбе дистиллированной водой без ам- миака до метки и перемешивают, после чего оставляют колбу стоять до полного осветления раствора (на 2—3 час, лучше на ночь). Последующей операцией должно быть взятие аликвотной34 части отстоявшегося над осадком раствора для колориметрического определения аммонийного азота по Несслеру. Содержание азота в аликвотной части не должно превышать 0,2 мг. По- этому необходимо сделать предварительную пробу на содержание азота в ис- пытуемом растворе. Предварительное испытание выполняют следующим образом. Берут в пробирку 5 мл испытуемого раствора, прибавляют 2—3 капли раствора сегнетовой соли, пере- мешивают, нейтрализуют раствор 10%-ным NaOH по универсальной индикаторной бу- мажке и вносят 2—3 капли реактива Несслера. Если раствор станет желтым, но сохранит свою прозрачность, определение мож- но вести без разбавления. При более высоком содержании аммиачного азота (1 мг и больше) раствор опалесцирует и через 15—30 мин образуется муть. В этом слу- чае требуется сравнительно большое разбавление. Если же аммония так много, что сразу выделяется осадок или раствор становится бурым, разбавляют настоль- ко сильно, чтобы окраска колориметрируемого раствора стала оветло-желтой. Не взмучивая осадка на дне мерной колбы, берут выверенной пипеткой (т. е. сверенной с объемом мерной колбы) 5—10 мл или больше прозрачного раствора и помещают в мерную колбочку емкостью 50 мл. Прибавляют 2 мл 50%-ного раствора сегнетовой соли, добавляют безаммиачную воду примерно до объема 40 мл и тща- тельно перемешивают. Сегнетову соль вводят в раствор для связывания мешающих ионов, главным образом кальция и магния35. Нейтрализуют кислый раствор 10%-ным раствором NaOH, прибавляя 2—2,5 мл это- го раствора, тщательно перемешивают и проверяют рН универсальной индикаторной бумажкой. Если нужно, добавляют еще несколько капель щелочи, добиваясь того, чтобы раствор был нейтральным или слабощелочным. Прибавляют 2 мл реактива Несслера, доводят объем раствора в мерной колбе безаммиачной дистиллированной водой до метки, хорошо перемешивают и через 10— 15 мин колориметрируют с помощью фотоэлектроколориметра или визуальным мето- дом по стандартной цветной шкале. При фотоэлектроколориметрировании пользуют- ся синим светофильтром с максимумом светопоглощения при длине волны 400—425 нм. Контрольный опыт на чистоту реактивов обязателен при всех способах срав- нения окраски. При визуальном сравнении интенсивности окрасок часто пользуются постоянной окрашенной шкалой, приготовленной из хлороплатината калия и хлорида кобаль- та36, или из К2Сг04 и азотнокислого кобальта37. Колориметрические определения проводят обычно в аликвотных частях раствора. 35 Если сегиетова соль не предохранит раствор от помутнения, что может быть в карбо- натных почвах, где кальция и магния много, эти ионы связывают, щелочной смесью, ко- торую приготовляют следующим образом: в конической колбе емкостью 750 мл растворяют по 40 г NaOH и Na2C03 в 480 мл дистиллированной воды. Выпаривают раствор до объема 400 мл и по охлаждении вносят в аликвотную часть исследуемого раствора 0,5—1 мл при- готовленной щелочной смеси. Перемешивают взбалтыванием и по выделении осадка от- фильтровывают его через фильтр, промытый кислотой и безаммиачной водой. Дальше опре- деление ведут, как описано в тексте. 36 Сб. «Колориметрические (фотометрические) методы определения неметаллов». М. , ИЛ, 1963, стр. 90-91. 37 А.А. Резников, Е.П. Муликовская, И.Ю. Соколов. Метод анализа природных вод. М. , Госгеолтехиздат, 1963, стр. 118.
Пример вычисления Навеска почвы для определения общего азота в пересчете на высушенную при 100—105 С равна 0,7513 г. После сжигания содержимое колбы Кьельдаля перенесе- но в мерную колбу емкостью 500 мл. На определение азота колориметрическим методом взято 10 мл раствора из этой колбы, что соответствует 0,01503 г почвы. По калибровочному графику найдено, что оптическая плотность испытуемого раствора, равная 0,23, соответствует концентрации 0,025 мг. Следовательно, содержание азота в процентах равно 0,025*100/(0,01503*1000) = 0,17% N Реактивы: 1. Дистиллированная вода без аммиака. Дистиллированную воду освобождают от аммиака разными способами: пропускают воду через колонку с катионитами или же катиониты (в Н-форме) вносят в сосуд с водой, взбалтывают и берут от- стоявшийся раствор. Иногда пользуются водой двойной перегонки, причем при второй перегонке воду подкисляют серной кислотой (1 мл H2S04 пл. 1,84 на 1 л) и употребляют средний отгон. Чаще всего пользуются следующим способом получения безаммиачной воды: к дистиллированной воде прибавляют х.ч. Na2C03 до слабощелочной реакции по фенолфталеину и выпаривают раствор примерно на 1/4 объема. Конец кипячения устанавливают пробой с реактивом Несслера. Ес- ли воду хранят в бутыли с тубусом, в пробку вставляют хлоркальциевую труб- ку, заполненную кристаллами NaHS04. Все указанные ниже реактивы готовят на воде без аммиака, поскольку колориметрический метод отличается большой чувствительностью и примесь аммиака будет снижать точность его опре- деления . 2. 50%-ный раствор сегнетовой соли. 50 г виннокислого калия-натрия КЫаС4Н40б'4Н20 растворяют в 100 мл безаммиачной дистиллированной воды, про- веряют раствор на содержание аммиака, так как соль часто загрязнена им. В случае присутствия NH4+ прибавляют КОН или NaOH до щелочной реакции, после чего кипятят и упаривают до объема 20 мл (или до полного удаления аммиа- ка) , проверяя раствор реактивом Несслера. Охлаждают приготовленный раствор и разбавляют безаммиачной дистиллированной водой до начального объема. Для связывания следов аммиака рекомендуется в раствор сегнетовой соли прилить 5 мл реактива Несслера. 3. Реактив Несслера. Имеется в продаже готовый препарат или же его приготов- ляют следующим образом: в мерную колбу емкостью 1 л вносят 45,5 г йодной ртути HgI2 (красной), 35 г йодистого калия KI и примерно 50 мл дистиллиро- ванной воды, чтобы растворить эти соли. Добавляют 112 г едкого калия и еще некоторое количество воды для полного растворения указанных солей. Остав- ляют стоять до полного растворения щелочи, добавляют воду примерно до объ- ема 800 мл, после чего раствор хорошо перемешивают, охлаждают, доводят объем водой до 1 л и еще раз перемешивают. Оставляют раствор стоять 3—5 дней, после чего сливают отстоявшийся раствор с осадка (декантацией) в темную склянку, плотно закрывают сухой каучуковой или корковой пробкой (ни в коем случае не притертой стеклянной пробкой!) и хранят в темноте. В светлой склянке и на свету реактив разлагается. Реактив Неослера имеет желтоватый цвет. Небольшой осадок, который может выпасть на дно при хране- нии, не мешает определению, если его не взмучивать. Перед определением ре- актив следует проверить на его реакционную способность: к 10 мл дистилли- рованной воды прибавляют 0,5 мл эталонного раствора с содержанием 0,01 мг/мл NH4+ и 0,5 мл реактива Несслера. В случае пригодности реактива через минуту появляется бурая окраска. 4. Эталонный раствор на азот. 0,3820 г высушенного до постоянного веса при
100-105 С х.ч. NH4C1 или 0,4720 г (NH4)2S04 помещают в мерную колбу емко- стью 1 л, растворяют в небольшом количестве безаммиачной воды, доводят раствор этой водой до метки, тщательно перемешивают и получают раствор с содержанием 0,1 мг азота в 1 мл. Рабочий эталонный раствор с содержанием 0,01 мх1 N в 1 мл получают разбавлением запасного раствора в 10 раз. 5. Серия эталонных растворов. Берут 10 мерных колбочек (или меньше) емкостью 50 мл и в каждую отмеривают бюреткой рабочий эталонный раствор в следующих количествах. № эталона Кол-во рабочего эталонного рас- твора , мл N мг/50 мл 1 1 0,01 2 2 0,02 3 3 0,03 4 4 0,04 5 5 0,05 6 6 0,06 7 7 0,07 8 8 0,08 9 9 0,09 10 10 1,00 Феноловый метод При взаимодействии аммиака с фенолом С6Н5ОН в присутствии гипохлорита NaOCl в щелочной среде образуется соединение, окрашенное в синий цвет. Молярный ко- эффициент погашения окрашенного соединения £=3500 при Х=625 нм. Подчинение закону Бера до концентрации 2 мг N/л. Метод позволяет определять аммиак в присутствии большого количества щелочноземельных элементов и полуторных оки- слов . 0,2—0,5 г почвы помещают в колбу Кьельдаля емкостью 100 мл и сжигают, как описано выше. Переносят содержимое колбы Кьельдаля в мерную колбу емкостью 250—500 мл, доливают дистиллированной водой до метки, хорошо перемешивают и оставляют стоять до осветления. После отстаивания берут пипеткой 10 мл про- зрачного раствора с содержанием 0,01—0,10 мг аммонийного азота, помещают в мерную колбочку емкостью 100 или 50 мл и дальше поступают следующим обра- зом38: разбавляют содержимое колбы до объема 20—30 мл дистиллированной безам- миачной водой и осторожно нейтрализуют по метиловому красному 1 Н раствором NaOH. После нейтрализации сразу же приливают в колбу из бюретки 5 мл комбиниро- ванного реактива и несколько капель гипохлорита натрия. Количество капель ги- похлорита устанавливают эмпирически, как указано ниже при описании приготов- ления этого реактива. Содержимое колбы тщательно перемешивают и оставляют стоять в темном месте на 40 мин до полного развития окраски. Одновременно готовят серию эталонных растворов. По истечении указанного времени окрашенные растворы доводят безаммиачной дистиллированной водой до метки, перемешивают и измеряют оптическую плот- ность . Для каждой партии образцов ставят контрольный опыт на чистоту реакти- вов . Реактивы: 1. 1 Н раствор NaOH: 40 г NaOH растворяют в 1 л безаммиачной дистиллированной воды. 2. Фенол (карболовая кислота, оксибензол) СбН5ОН ч.д.а. или ч. Препарат обычно окрашен продуктами разложения и потому для очистки его перегоняют. Пере- гонку проводят с помощью простой лабораторной установки. В качестве пере- В.Н. Кудеяров. Колориметрическое определение аммонийного азота в почвах и расте- ниях феноловым методом. «Агрохимия», 1965, № б, стр. 146.
тонной колбы можно использовать колбу Вюрца или реторту. Фенол помещают в колбу и нагревают на электроплитке или на песочной бане. Фенол плавится при 40,5 С и кипит при 182 С. Когда фенол закипит, колбу закрывают пробкой с изогнутой стеклянной трубкой диаметром 1—2 см и длиной примерно 25 см. Пары сгущаются в изогнутой трубке и жидкий фенол стекает в сухую чистую колбу, помещенную в кристаллизатор с холодной водой. Перегнанный фенол бесцветен или имеет вид белой кристаллической массы. На воздухе и от дей- ствия света он окрашивается в розовый цвет. Чтобы расплавить очищенный фе- нол, колбу с ним опускают в водяную баню, нагретую выше 40,5 С, примерно до 50—60 С. Фенол обладает раздражающим и прижигающим действием, вызывает явления отравления и требует осторожного обращения. Противоядием служит взвесь окиси магния (15 г окиси магния на 100 мл воды) или сильно разбав- ленный раствор марганцовокислого калия (1:4000). Прибор для очистки фенола перегонкой. 3. Комбинированный реактив. В стакан емкостью 600—800 мл помещают 18 г NaOH, приливают 20 мл расплавленного фенола, очищенного перегонкой. Растворяют всю смесь в 200—300 мл без аммиачной дистиллированной воды. Жидкость охла- ждают до комнатной температуры. Затем в ней растворяют 280 мг нитропрусси- да натрия, после чего реактив переносят в мерную колбу емкостью 1 л и до- водят водой до метки. Быть осторожным с нитропруссидом — он ядовит! Приго- товленный реактив при комнатной температуре хранится в темной склянке не более месяца, в холодильнике — значительно дольше. 4. Гипохлорит натрия NaOCl (хлорноватисто-кислый натрий) . Реактив известен только в водных растворах и его приготовляют пропусканием газообразного хлора39 через 1 н раствор NaOH в течение 6 час со скоростью 2—3 пузырька в секунду. Образование гипохлорита натрия идет по уравнению: 2NaOH + С12 = NaCl + NaOCl + Н20. Необходимо следить, чтобы температура раствора не поднималась выше 10 С во 39 Газообразный хлор получают следующим образом: в вытяжном шкафу с хорошей тягой в плоскодонную колбу насыпают немного КМп04, закрывают хорошо пригнанной корковой пробкой (хлор разрушает каучук!) с капельной воронкой и газоотводной трубкой. Через воронку прибавляют по каплям х.ч. НС1 пл. 1,19. Хлор выделяется на холоду по уравне- нию 2КМп04 + 18НС1 = 2КС1 + 2МпС12 + 8Н20 + 5 С12. Для промывания хлор пропускают че- рез промывные склянки с водой и H2S04 пл. 1,84 и затем через 1 Н раствор NaOH для образования NaOCl.
избежание образования другого продукта NaC103. Гипохлорит хранят в склянке из темного стекла с хорошо подогнанной пробкой. Через 2—3 месяца (летом ча- ще) реактив проверяют следующим образом: в ряд колбочек наливают одинаковое количество эталонного раствора, приливают по 5 мл комбинированного реакти- ва, добавляют гипохлорит в возрастающем количестве (1, 3, 5, 7, 10, 15 ка- пель) и через 30—40 мин устанавливают, при каком количестве гипохлорита ок- раска наиболее интенсивна и это количество считают наилучшим для работы. 5. Эталонный раствор на азот, см выше. 6. Серия эталонных растворов. В 6 мерных колбочек емкостью 50 мл помещают та- кие количества эталонного раствора, чтобы содержание азота было равно 0,00—0 ,01—0,03—0,05—0,07—0,10 мг, разбавляют безаммиачной водой, окрашива- ют, как испытуемый раствор, и измеряют оптическую плотность каждого эта- лонного раствора. Примечания: 1. Гипохлорит натрия можно приготовить более простым способом, если взять хлорную известь, которую называют также гипохлоритом кальция Са(С10)2- Бе- рут 100 г Са(С10)2 и тщательно размешивают со 170 мл безаммиачной ди- стиллированной воды 15 мин. Добавляют к смеси раствор соды (70 г Na2C03 в 170 мл воды). При прибавлении раствора соды сначала получается густая мас- са, а затем эта масса становится жидкой, так как образуются растворимые соли — гипохлорит натрия и хлористый натрий. Раствор отделяют от осадка СаСОз фильтрованием через воронку Бюхнера с полотняным фильтром. Полу- ченный прозрачный фильтрат, содержащий гипохлорит натрия, используют для приготовления «комбинированного реактива». 2. Для избежания осаждения, гидроокисей металлов Г. Шарле (1965) рекомендует прибавлять в раствор щелочной очищенный раствор тартрата натрия40. Очистку проводят следующим образом: 150 г тартрата натрия растворяют в 175 мл во- ды, прибавляют 5 мл 20%-ного раствора NaOH и кипятят 15 мин. Пропускают через горячий раствор чистый воздух 5 мин, охлаждают и разбавляют водой до объема 250 мл. Такая обработка имеет целью удаление следов аммония из тар- трата натрия. Если анализируемый раствор содержит много кальция, прибавля- ют цитрат41, очищенный тем же способом. 3. Отмерять объемы всех прибавляемых реактивов необходимо градуированными пи- петками или бюретками. Следует также достаточно часто проводить контроль- ный опыт со всеми реактив вами. Определение общего азота в почве методом Иодльбауэра При значительном содержании в почве нитратов, что имеет место при внесении азотнокислых удобрений, определение общего азота проводят методом Иодльбау- эра. Метод Иодльбауэра основан на сжигании органических веществ почвы серной ки- слотой в присутствии фенола. В этом случае азотная кислота нитрует фенолсер- ную кислоту до нитрофенола по уравнению Тартратами называют соли винной кислоты С4НбОб. Эта кислота со многими металлами образует растворимые комплексные соединения и потому они не выпадают в осадок в ще- лочной среде. 41 Цитратами называют соли лимонной кислоты СбНб07'Н20. Комплексные соединения этой кислоты с металлами отличаются от тартратных тем, что они не разлагаются при нагре- вании.
C6H4(OH)S03H + HN03 = C6H4(OH)N02 + H2SO4, т. e. нитратный азот переходит в органическую форму. При прибавлении цинка нитрофенол восстанавливается выделяющимся по реакции H2S04 + Zn = ZnS04 + H2 водородом до аминофенола C6H4(OH)N02+ ЗН2 = C6H4(OH)NH2 + 2Н20. При дальнейшем сжигании аминогруппа полностью переходит в аммиак и связыва- ется в сульфат аммония. Последующий отгон аммиака и его определение проводит- ся по методу Кьельдаля. 0,5—1,5 г почвы, подготовленной путем тщательного отбора корешков и пропус- кания через сито с отверстиями диаметром 0,25 мм, отвешивают в тарированной пробирочке на аналитических весах и высыпают в колбу Кьельдаля емкостью 250 мл. Колба Кьельдаля в этом случае должна быть большего объема по той причине, что почва при сжигании фенол-серной кислотой сильно вспучивается. Приливают к почве измерительным цилиндром 10—15 мл фенол-серной кислоты и оставляют стоять при частом помешивании в помещении, свободном от паров ам- миака, в течение 30 мин. После этого прибавляют в колбу Кьельдаля 1—2 г цин- ковой пыли и снова оставляют стоять примерно столько же времени. После охлаждения вносят в колбу 1—2 крупинки металлического селена (около 0,025 г) и тщательно перемешивают смесь почвы с кислотой круговым движением. Закрывают колбу маленькой вороночкой и осторожно нагревают на слабом огне до прекращения вспучивания. Постепенно увеличивают нагрев и доводят жидкость до кипения. Кипячение ведут до полного обесцвечивания жидкости и еще минут 30, чтобы обеспечить полноту сжигания навески. После охлаждения проводят титриметрическое определение азота, как описано в методе Кьельдаля. Реактивы: 1. Химически чистая H2S04 пл. 1,84. Кислоту следует проверить на содержание ионов аммония. 2. Фенол (оксибензол, или карболовая кислота) СбН5ОН, очищенный перегонкой, как описано выше; 3. Фенол-серная кислота СбН4 (ОН)SO3H. Кислоту приготовляют растворением фенола в серной кислоте. Для этого отвешивают 40 г перегнанного фенола, помещают навеску в плоскодонную колбу емкостью 2 л из термостойкого стекла и прили- вают 1 л H2S04. Закрывают колбу корковой пробкой с длинной стеклянной трубкой (^65 см) , ставят на нагретую водяную баню и держат на ней при пе- риодическом и осторожном перемешивании до полного растворения фенола. 4. Цинковая пыль. Цинковую пыль хорошо промывают водой и высушивают. Цинковая пыль легко окисляется и потому ее хранят в хорошо закрытой банке и в сухом помещении. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛЕКИСЛОТЫ ПОЧВЕННЫХ КАРБОНАТОВ Содержание С02 карбонатов в верхних горизонтах почвы колеблется в пределах 0,09-6,67%. Вниз по почвенному профилю количество СОг карбонатов увеличивает-
ся и доходит до 10% и выше. Накопление карбонатов в нижних горизонтах почвы связано с содержанием их в почвообразующей породе. В верхнем горизонте накоп- ление СО2 обусловлено не только карбонатностью материнской породы, но и жиз- недеятельностью низших и высших растений. Карбонаты почвы весьма разнообразны, но в основном они состоят из кальцита СаСОз, арагонита, имеющего тот же состав, как и кальцит, и доломита СаМд(С03>2. Магнезит (МдС03) , сидерит (FeC03)n ряд других солей угольной ки- слоты встречаются значительно реже. Для разрушения карбонатов пользуются соляной кислотой. Другие кислоты, на- пример H2S04 и Н3Р04, не пригодны для этой цели: с кальцием они дают малорас- творимые соединения CaS04 и Са3(Р04)2, обволакивающие почвенные карбонаты и затрудняющие их полный распад. Определение углекислоты почвенных карбонатов позволяет установить степень карбонатности почв и по ней рассчитать содержание в почве карбонатного каль- ция. При выполнении массовых анализов определение С02 карбонатов проводят ис- пользуя приборы — кальциметры42. Наиболее широко известны кальциметр И.Ф. Го- лубева, а также кальциметр Гейслера—Максимюк. В других случаях применяют бо- лее сложные методы, как весовой, или более простой — ацидиметрический в раз- личных его вариантах. Определение С02 карбонатов весовым методом Метод основан на взвешивании С02, выделяющейся при разложении карбонатов кислотой СаСОз + 2НС1 = СаС12 + Н20 + С02 Поскольку некоторые карбонаты (доломит СаСОз, МдСОз, сидерит РеСОз) взаимо- действуют с кислотой лишь при нагревании, навеску почвы разлагают при кипяче- нии. Метод дает правильные результаты при исследовании безгумусных горизонтов и горных пород. При анализе перегнойного горизонта почв результаты получаются завышенными за счет выделения С02 из уроновых кислот в процессе взаимодейст- вия с кислотой при нагревании., При большом содержании гумуса определение следует проводить с кипячением при пониженном давлений43. Величину навески почвы для определения С02 карбонатов устанавливают по вскипанию пробы образца от прибавления 2—3 капель 10%-ного раствора НС1, ру- ководствуясь следующими показателями: Вскипание Очень сильное (бурное) Сильное и продолжительное Заметное, но кратковременное Содержание СаС03, % >10 5-10 4-3 Величина навески, г 0,5-1 1-1,5 1,5-2 Сб. «Агрохимические методы исследования почв», изд. 4. М., «Наука», 1965, стр. 24-27. 43 Определение С02 почвенных карбонатов при пониженном давлении описано в кн. : К.К. Гедройц. Химический анализ почв, а также в ст.: И.В. Тюрин. Материалы по сравнитель- ному изучению методов определения органического углерода в почвах. «Пробл. сов. поч- воведения». Сб. 2, 1936, стр, 124.
Слабое и кратковременное Очень слабое и малозаметное Вскипание отсутствует 3-2 2-1 <1 2-3 3-5 >5 В последнем случае дополнительно к пробе, произведенной при комнатной тем- пературе , проводят еще пробу на вскипание при нагревании44. Навеску почвы, подготовленную путем просеивания через сито с отверстиями диаметром 0,25 мм, отвешивают в небольшой пробирке на аналитических весах в количестве 1—5 г (в зависимости от результатов качественной пробы на вскипа- ние) . Высыпают навеску в сухую колбу и пробирку с оставшимися на ее стенках час- тицами почвы, взвешивают на тех же весах. По разности находят точный вес на- вески . В колбу приливают 100 мл дистиллированной воды, нагревают отдельно от при- бора и раствор доводят до легкого кипения. Кипятят содержимое колбы 5 мин, чтобы удалить из почвы адсорбированную углекислоту. Колбу присоединяют к прибору, проверяют его герметичность и, открыв кран ЛЛд" протягивают через прибор в течение 30 мин воздух, очищенный от СОг, с по- мощью водоструйного насоса или аспиратора. Прибор для определения С02 весовым методом. Во время протягивания воздуха взвешивают, на аналитических весах поглоти- тельные трубки. Перед взвешиванием снимают каучуковые предохранители с боко- вых отростков. Необходимо строго соблюдать следующее правило: трубку держат только за короткий боковой отросток, так как трубки очень хрупки на месте сгиба и всякое другое положение рук обычно ведет к поломке трубки. После протягивания воздуха к прибору присоединяют предварительно взвешенные поглотительные трубки, проверяют герметичность прибора и газопроходимость 44 Пробу при нагревании выполняют следующим образом: к 1 г почвы в пробирке прилива- ют 5 мл 10%-ного раствора НС1, нагревают до кипения и кипятит 2—3 мин. Выделение пу- зырьков С02 указывает на присутствие доломита или сидерита.
трубок. Пускают воду в холодильник и осторожно через делительную воронку в колбу приливают 20 мл 10%-ного раствора НС1. Кислоту следует приливать не- большими порциями во избежание бурной реакции взаимодействия ее с карбоната- ми. При бурной реакции выделившаяся С02 может быть поглощена не полностью, что ведет к неточности анализа. Для полного поглощения С02 необходимо, чтобы скорость прохождения пузырьков через калиаппарат не превышала 2 пузырьков в секунду. По окончании разложения карбонатов на холоду содержимое колбы нагревают на слабом огне и постепенно раствор доводят до кипения. Кипятят 3—5 мин до пре- кращения прохождения пузырьков газа через калиаппарат. Прибор соединяют с водоструйным насосом (или аспиратором) и осторожно вклю- чают его сначала при закрытом кране ллд". Гасят горелку и через 2-3 мин откры- вают, кран, соединяющий колбу с очистительным прибором ЛЛг", содержащим 50%- ный раствор КОН. Выключают холодильник и регулируют ток воздуха, чтобы скорость прохождения пузырьков газа через калиаппарат с H2S04 была не больше 2 пузырьков в секун- ду. Затем протягивают воздух без С02 через весь прибор в течение 45 мин. По окончании протягивания воздуха поглотительные трубки снимают, надевают на их боковые отростки каучуковые предохранители и выносят в весовую комнату. Охлаждают трубки 15 мин у весов и после этого взвешивают. Перед взвешивани- ем снимают предохранители с боковых отростков, чтобы выровнять давление внут- ри трубок с атмосферным, и протирают трубку и ее отростки чистым сухим поло- тенцем . По привесу поглотительных трубок вычисляют процентное содержание СОг карбо- натов по формуле а*100/г = %С02, где а — привес поглотительных трубок; г — навеска почвы. Пример вычисления Навеска воздушно-сухой почвы в пересчете на сухую равна 1,0060 г. Вес С02 в первой трубке — 0,1032 г, во второй — 0,0016 г, всего 0,1032 + 0,0016 = 0,1048 г (за вычетом показаний контрольного опыта). Содержание С02 равно: 0,1048*100/1,0060 =10,41% С02 Если требуется знать не только содержание С02 карбонатов, но и общее коли- чество карбонатов, процентное содержание С02 умножают на коэффициент 2,274, представляющий отношение СаСОз/СОг. Реактивы: 1. 10%-ный раствор НС1. Берут 236,8 мл НС1 пл. 1,19, помещают в измерительный цилиндр емкостью 1 л, доводят раствор дистиллированной водой до метки и перемешивают. Ацидиметрическое определение карбонатов45 Метод основан на разрушении карбонатов титрованным раствором соляной кисло- 45 Методы агрохимических, агрофизических и микробиологических исследований в полив- ных хлопковых районах. Ташкент, 1963.
ты при суточном настаивании (а) и последующем титровании избытка кислоты ще- лочью (б) : а) СаСОз + 2НС1 = СаС12 + Н20 + С02 б) НС1 + NaOH = NaCl + Н20 Метод не пригоден для исследования почв с малым содержанием карбонатов. При содержании С02 карбонатов в количестве 7—15% разрушение их проводят 0,02 Н НС1; при содержании С02 равным 16—18%, пользуются более крепким (0,1 Н) рас- твором НС1, а при очень высоких количествах С02 (более 18—20%) навеску почвы обрабатывают 250 мл 0,2 Н НС146. Метод отличается простотой и пригоден для массовых анализов. Навеску почвы, равную 2—5 г (в зависимости от содержания карбонатов), поме- щают в склянку или плоскодонную колбу емкостью 750—1500 мл, приливают 500— 1000 мл 0,02 Н НС1 и оставляют стоять в течение суток при периодическом взбалтывании. В процессе реакции склянки или колбы закрывать пробками не сле- дует. Через сутки после настаивания проверяют реакцию вытяжек лакмусовой бумагой; если реакция кислая, вытяжку отфильтровывают через складчатый фильтр. Если лакмусовая бумага кислой реакции не показывает, к раствору добавляют еще 100—200 мл 0,02 Н НС1 и при периодическом взбалтывании снова оставляют стоять на сутки. Из отфильтрованной вытяжки берут 25 мл раствора, прибавляют 2—3 капли рас- твора метилового красного и титруют 0,02 Н NaOH до перехода красной окраски в бледно-желтую. Титрование можно вести сначала до избытка щелочи, а затем провести обратное титрование соляной кислотой до перехода желтой окраски в красную. Содержание С02 карбонатов вычисляют по формуле: (a*Hi - B*H2)*v*0,022*100*K/r = %С02 где а — объем аликвотной части раствора, взятый на титрование в мл; Hi — нормальность раствора НС1; в — количество мл щелочи, пошедшей на титрование аликвотной части; Н2 — нормальность раствора щелочи; и v — объем всего рас- твора кислоты; 0,022 — величина мг'экв С02; г — воздушно-сухая навеска; К — коэффициент пересчета воздушно-сухой почвы на высушенную при 100—105 С. Если содержание С02 меньше 4—5%, то определение следует повторить описанным выше весовым методом47. Реактивы: 1. 0,02 Н раствор НС1: 1,64 мл НС1 (пл. 1,19) растворить в воде в мерной кол- бе емкостью 1 л, довести водой до метки и перемешать. 2. 0,02 Н раствор NaOH: 0,80 г NaOH растворяют в воде без С02, доводят в мер- ной колбе емкостью 1 л такой же водой до метки и перемешивают.48 3. Лакмусовая бумага (вместо лакмусовой бумаги можно воспользоваться раство- ром метилрота). 4. Раствор метилрота: 0,02 г тонко растертого индикатора растворить в 100 мл 46 В этом случае титруют 0,2 Н раствором NaOH. 47 Содержание карбонатов СаС03 и MgC03 в анализируемой вытяжке можно определить ком- плексонометрическим титрованием в присутствии тризтаноламина в случае мешающего дей- ствия железа. 48 Оба титрованных раствора (НС1 и NaOH) удобно приготовлять для этих целей из фик- санала.
горячей воды и по охлаждении отфильтровать. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ПОЧВ ОСНОВНЫМИ ПИТАТЕЛЬНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ Основные питательные элементы — азот, фосфор и калий — находятся в почве в усвояемых и неусвояемых растениями формах. В зависимости от степени обеспе- ченности почв усвояемыми соединениями этих элементов эффективное плодородие почв различно. Усвояемые соединения часто называют подвижными, легкорастворимыми, или лег- кодоступными. Однако указанные названия условны, ибо понятие об усвояемых ве- ществах не совпадают с какими-либо определенными химическими соединениями, постоянно присутствующими в данной почве, но здесь идет речь о процессе пере- хода одних соединений в другие49. Усвояемость, или доступность, тех или иных соединений питательных веществ (NPK) зависит от многих факторов: от обеспеченности почвы водой и воздухом, содержания других элементов, от свойств растении, фазы их развития и т. д. Так, весной при низкой температуре и избыточной влажности в почве или со- всем нет нитратов, или количество их незначительно. Когда температура подни- мется до оптимальной и количество нитрифицирующих бактерий станет наибольшим, содержание нитратов в почве увеличивается до максимума. Затем количество их начинает резко падать за счет потребления их растениями. Явления накопления и снижения количества усвояемых форм наблюдаются также и в отношении фосфора и калия. Из сказанного следует, что однократный анализ почвы не отражает ее пита- тельный режим полностью, и для изучения последнего анализы необходимо прово- дить в течение всего вегетационного периода. Сопоставляя данные химического анализа почв с результатами полевого опыта, многие авторы методов дают так называемые «предельные числа», или показатели (индексы), характеризующие степень обеспеченности почв питательными вещества- ми. Эти показатели относительны, так как степень использования питательных веществ растением, как сказано выше, зависит от многих факторов, среди кото- рых самым главным является само растение — его биологические особенности и состояние, в котором оно находится в момент исследования. Поэтому нельзя говорить о растении вообще, а следует рассматривать вопрос об обеспеченности почв питательными веществами по отношению к конкретным сельскохозяйственным культурам, разделяя их хотя бы на три группы: 1. Культуры невысокого выноса питательных веществ — зерновые хлеба, зернобо- бовые , лен, травы; 2 . Культуры повышенного выноса — корнеплоды и картофель; 3. Культуры высокого выноса — овощные растения; к этой же группе следует от- нести плодовые и технические растения, требующие также высоких доз удобре- -50 НИИ Доступные или усвояемые растениями формы соединений основных элементов пи- тания NPK извлекают из почвы различными вытяжками — водными, кислотными, со- левыми. Поскольку содержание этих форм в почве не превышает тысячных долей процента, определение их проводят чувствительными методами — колоримет- рическими (N, Р) или пламенно-фотометрическим (К). Результаты определения вы- ражают в миллиграммах на 1 кг или на 100 г почвы. Содержание доступных для питания растений соединений NPK в пересчете на вес 49 Д.Н. Прянишников. Агрохимия. М. Сельхозгиз, 1936, стр. 443. 50 Руководство по составлению почвенных и агрохимических карт. М., «Колос», 1964.
почвы (3000000 кг) пахотного горизонта (20 см) составляет при 1 мг на 1 кг почвы 3 кг/га, при 1 мг на 100 г почвы — 30 кг/га. Вычисление содержания в почве доступных растениям форм соединений азота и фосфора производят по следующим формулам: 1) в случае определения с помощью фотоэлектроколориметра a*V*K*100/(r*Vi) = мг/100г сухой почвы; 2) в случае определения с помощью колориметра погружения ai*b*H*V*100/ (r*h*Vi) = мг/100 г сухой почвы, где а — концентрация вытяжки по калибровочному графику, мг; V — общий объем вытяжки; Vi — объем аликвотной части, взятой для определения; г — навеска воздушно-сухой почвы; К — коэффициент пересчета результатов на сухую почву; 100 — коэффициент пересчета на 100 г почвы. В случае пересчета на 1 кг почвы вместо 100 ставят 1000. Формула для колориметра погружения дополняется следующими показателями: а.± — концентрация эталонного раствора; Ь — объем эталонного раствора; Н — высота эталонного раствора; h — высота испытуемого раствора. Содержание доступного растениям калия при определении пламенно-фотометриче- ским методом вычисляют по формуле a*V*K*100/(г*1000) = мг/100г сухой почвы; где а — концентрация К20 в 1 л вытяжки по калибровочному графику; V — общий объем вытяжки; 1000 - коэффициент пересчета концентрации на 1 мл. Остальные обозначения те же, что и в формуле колориметрического определения фосфора и азота. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОСТУПНЫХ ДЛЯ ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ ФОРМ СОЕДИНЕНИЙ АЗОТА Непосредственно доступными для питания растений являются минеральные соеди- нения азота — аммиачные соли и нитраты. Солей азотистой кислоты — нитритов в почве мало и роль их в питании растений недостаточно выявлена. По некоторым данным нитриты вредны для растений. Аммиачные соли и нитраты растворимы в воде и могут быть, извлечены из почвы водными вытяжками. Катион NH4+, в отличие от аниона Ж)з~, энергично поглощает- ся почвой и потому обычно аммиачный азот определяют в солевой вытяжке. В со- левую вытяжку переходит не только поглощенный аммоний, но и водо-растворимый, который составляет только часть (притом небольшую) поглощенного аммония. Содержание аммонийного и нитратного азота в почве весьма динамично и во многом зависит от микробиологической деятельности. Поэтому судить об обеспе- ченности почв азотом по единичному определению нет возможности и лишь повтор- ные определения в течение вегетационного периода дают представление об азот- ном режиме почвы. Этим объясняется то, что показатели обеспеченности почв по данным определения аммиачного и нитратного азота отсутствуют. Показателями обеспеченности почв азотом служат данные, получаемые путем определения азота легкогидролизуемых органических соединений почвы. Поскольку, однако, проч- ность азотсодержащих соединений в разных почвах разная, показания эти не все- гда коррелируют с результатами полевых опытов. Вычисление содержания в почве разных форм соединений азота при колориметри-
ческих определениях производят по общей формуле, приведенной выше. Определение аммиачного азота Аммиачный азот извлекают из почвы 2%-ным раствором КС1. В вытяжку переходит аммоний, находящийся в обменном состоянии, а также аммоний растворимых в воде аммонийных солей. Поскольку аммоний водо-растворимых солей составляет лишь небольшую часть азота, переходящего в солевую вытяжку, считают этот метод ме- тодом определения обменного аммония. Результаты определения обменного аммония служат показателем обеспеченности почв аммиачным азотом. В полученной вытяжке определяют NH4+ колориметрическим методом Несслера. Берут 10—20 г свежей почвы и помещают в колбу или широкогорлую склянку ем- костью 500 мл. Одновременно берут 5 г почвы в бюкс и определяют гигроскопи- ческую воду для последующего пересчета полученных данных на сухую почву. Приливают к навеске почвы в колбе или склянке 10-кратное количество 2%-ного раствора КС1, приготовленного на безаммиачной воде, и добавляют 1—2 капли то- луола для подавления микробиологической деятельности. Колбу встряхивают 5 мин и оставляют стоять 18—20 час. Длительное отстаивание можно заменить часовым взбалтыванием. Подготавливают воронку со складчатым беззольным фильтром и профильтровывают вытяжку. Одновременно фильтруют контрольную пробу на чистоту реактивов и фильтров. Для этого пропускают через контрольный фильтр (из той пачки, из ко- торой взяты фильтры, заложенные в воронки) 2%-ный раствор КС1 в таком количе- стве, какое прибавлено к навеске почвы. В дальнейшем с этим фильтратом посту- пают так, как и с вытяжками из почв51. Прежде чем приступить к определению NH4+, испытывают содержание его в ис- следуемой вытяжке. Для этого в пробирку помещают 5 мл вытяжки, прибавляют 2 капли сегнётовой соли и такое же количество реактива Несслера. Если аммония так много, что выделяется осадок или раствор получается буро-желтый, вытяжку следует разбавить (записав величину разбавления) и снова провести испытание. Окраска должна быть чисто-желтой, светлого оттенка. В зависимости от содержания NH4+ берут 5, 10, 20 или 40 мл вытяжки, помеща- ют в мерную колбу емкостью 50 мл, прибавляют 2 мл раствора сегнётовой соли и хорошо перемешивают. Перед прибавлением реактива Несслера таким же способом подготовляют образ- цовые растворы, чтобы окрашивание испытуемых и образцовых растворов провести одновременно. Окрашенные образцовые растворы получают в мерных колбах емкостью 50 мл. В колбы бюреткой отмеряют 2—2,5—5—7,5—10—12, 5—15 мл эталонного раствора, раз- бавляют водой примерно до 40 мл, прибавляют по 2 мл раствора сегнётовой соли и размешивают. Во многих случаях можно ограничиться двумя колбами, в которые наливают 2 и 5 мл образцового раствора52. 51 При сильном загрязнении фильтров аммиаком их следует промыть на воронке сначала безаммиачиой дистиллированной водой, затем 2%-иым раствором КС1 до потери реакции на NH4+. Промывку фильтров необходимо производить непосредственно перед фильтрованием, чтобы не оставлять сырые фильтры долго на воздухе, во избежание поглощения паров ам- миака. Надо следить, чтобы в лаборатории в это время не производились работы с ам- миаком . 52 Можно пользоваться окрашенной шкалой в пробирках: наливают в про бирки 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 мл образцового раствора, прибавляют по 0,4 мл сегнётовой соли и 0,4 мл реактива Несслера и перемешивают. Сегнетову соль прибавляют в образцовый раствор для
Во все колбы приливают по 2 мл реактива Несслера и снова тщательно переме- шивают. Если раствор приобретает опалесценцию, прибавляют еще 2 мл сегнетовой соли, чтобы получить прозрачный раствор53. Доводят раствор водой до метки, закрывают чистой пробкой и перемешивают, перевертывая колбу 5—6 раз. Оставляют стоять 2—3 мин и затем сравнивают окра- ску54 . Разведение окрашенных растворов водой не допускается, поэтому в случае большой разницы в окраске следует повторить определение с другим (большим или меньшим) объемом вытяжки. Шкала сохраняет свою окраску не больше 1 час. При более длительном стоянии в окрашенных растворах появляется муть, или опалесценция. Поэтому определение аммиака следует заканчивать в течение одного дня. Содержание аммиачного азота рассчитывают в миллиграммах N на 100 г сухой почвы. Реактивы: 1. Дистиллированная вода без аммиака. К дистиллированной воде прибавляют х.ч. соду до слабощелочной реакции и упаривают раствор на 1/4 объема. Проверяют воду на содержание аммиака и хранят в бутыли с тубусом. В пробку бутыли вставляют хлоркальциевую трубку, заполненную кристаллами NaHS04. 2. Раствор КС1 2%-ный готовят на безаммиачной дистиллированной воде. При за- грязнении хлористого калия аммонийными солями раствор кипятят с КОН, затем соль перекристаллизовывают. Раствор соли, очищенной таким способом, не должен давать реакции с фенолфталеином и реактивом Несслера. 3. Раствор сегнетовой соли (КЫаС4Н40б'4Н20 виннокислый-калий—натрий) : 50 г соли растворяют в 100 мл безаммиачной дистиллированной воды. Поскольку сегнето- ва соль часто загрязнена аммиаком, необходимо проверить приготовленный раствор на содержание иона аммония. В случае его присутствия прибавляют немного КОН и NaOH (до щелочной реакции) и после этого раствор кипятят до начала образования корки солей на стенках стакана. Раствор разбавляют без- аммиачной водой до прежнего объема и повторяют испытание на аммоний. Для связывания следов аммиака в раствор сегнетовой соли приливают 5 мл реакти- ва Несслера. 4. Толуол С7Н8 (в капельнице) . 5. Реактив Несслера. Используют готовый (продажный) препарат или приготовляют его. Перед работой реактив следует проверить: к 10 мл дистиллированной во- ды прибавить 0,5 мл рабочего эталонного раствора с содержанием 0,01 мг/мл NH4+ и 0,5 мл реактива Несслера. Если через минуту появится буроватая окра- ска , реактив годен к работе. Реактив Несслера хранят в склянке из темного или оранжевого стекла, плотно закрытым сухой каучуковой пробкой и держат в помещении, где нет аммиака. Цвет реактива должен быть светло-желтым. 6. Запасной эталонный раствор аммиачного азота. 0,3820 г перекристаллизован- ного и высушенного до постоянного веса при 100—105 С х.ч. NH4C1 помещают в мерную колбу емкостью в 1 л, растворяют в небольшом количестве безаммиач- ной воды, доводят раствор этой воды до метки, перемешивают и получают за- пасной раствор с содержанием 0,1 мг азота в 1 мл. Рабочий раствор с со- держанием 0,01 мг N в 1 мл получают разбавлением запасного раствора в 10 раз. Примечание: При исследовании торфов NH4+ извлекают при отношении навески к раствору создания одинаковых условий с испытуемым. 53 Сегнетова соль не мешает определению, поэтому количество ее может быть увеличено. 54 Исследования Л.П. Розова показали, что сравнение окрасок следует производить тот- час же, как только получен окрашенный раствор.
1:50. Для обесцвечивания окрашенных вытяжек рекомендуют пользоваться 0,2 Н раствором ZnS04 и эквивалентным ему количеством КОН или NaOH, внося эту смесь в количестве 0,5 мл и больше на 25—50 мл окрашенной вытяжки55. Определение нитратного азота дисульфофеноловым методом Нитраты извлекают из почвы дистиллированной водой или 0,05%-ным раствором K2S04 при соотношении почвы к раствору 1:5 и 3 мин взбалтывании. Лучше извле- кать нитраты из почвы раствором K2S04, так как в этом случае фильтрование вы- тяжки идет быстрее и фильтрат получается прозрачным, что особенно важно, ко- гда почвы сильно диспергируются. Определение нитратов проводят дисульфофеноловым методом56, в основе которо- го лежит реакция: 3HN03 + C6H3OH(HS03)2 -> СбН2ОН(Ы02)з + 2H2S04 + Н20, (1) дисульфофеноловая пикриновая кислота кислота C6H2OH(N02)3 + NaOH -> СбН2 (N02) 3ONa + H20. (2) пикрат натрия При этой реакции образуется нитропродукт — соль пикриновой кислоты, окраши- вающий раствор в желтый цвет. Молярный коэффициент погашения этого раствор е«10000 при Х=410 нм. Подчиняется закону Бера при концентрациях до 12 мг N/1 л. Дисульфофеноловый метод позволяет определить только азот нитратов и даже при большом содержании нитритов он дает правильные показания. Однако А.Н. Ле- бедянцев57 установил, что в присутствии хлорид-ионов количество нитратов ока- зывается заниженным. Определению мешают также аммиачные соли, которые в боль- ших количествах образуются в почве непосредственно после внесения органиче- ских удобрений. При анализе подзолистых почв кислотность вытяжек может быть причиной больших ошибок при определении нитратов этим методом. Содержание нитратов характеризует обеспеченность почв минеральным азотом, а также степень выраженности процесса нитрификации, т. е. биологического окис- ления аммиака азотсодержащих органических соединений. 10—20 г свежей почвы (в зависимости от содержания нитратов) помещают в кол- бу, приливают 5-кратное количество безаммиачной дистиллированной воды или 0,05%-ного раствора K2S04 и взбалтывают 3 мин. Одновременно берут навеску для определения гигроскопической воды. Вытяжку фильтруют через складчатый фильтр из плотной бумаги58, предвари- тельно промытый горячей безаммиачной водой до прекращения окрашивания фильт- рата в желтый цвет реактивом Несслера. Первые порции (5—10 мл) фильтрата от- брасывают . Мутный раствор несколько раз перефильтровывают через тот же фильтр. Если определение нитратов не может быть проведено сразу после приготовления 55 Д.Ф. Соколов. К изучению методики определения аммиака в болотных почвах. «Тр. ВНИИ с.-х. микробиол.», 1936, т. VIII, вып. 2, стр. 107—122. 56 Дисульфофеноловая кислота при определении, нитратов впервые применена Грандвалем и Ляжу в 1885 г. и потому этот метод часто называют методом Грандваля—Ляжу. 57 См. А.Н. Лебедянцев. Методика исследования нитрификациониого процесса в почве ко- лориметрическим способом Грандваля—Ляжу. «Тр. Шатиловской с.-х. опытной станции», 1915, сер. 1, вып. 1, стр. 1—166. 58 Фильтрование следует проводить в комнате, свободной от паров аммиака и азотной кислоты.
вытяжки, в нее добавляют 2 капли (на 100 мл вытяжки) толуола. В консервиро- ванном виде вытяжка может храниться не более 2 дней59. Перед определением нитратов следует сделать качественное испытание вытяжки на содержание NH4+ и С1~. В присутствии значительных количеств аммонийных солей к вытяжке прибав- ляют несколько капель 10%-ного раствора сернокислого натрия. При выпаривании вытяжки, содержащей хлорид-ионы азотная кислота теряется: 4HN03 + 8HC1 = 2NOC1 + 2N02C1 + 2C12 + 6Н20. Поэтому необходимо осадить хлориды сернокислым серебром. Осаждение хлоридов ведут на основании показателей предварительного тит- рования: берут 10 мл вытяжки, прибавляют 0,5 мл 10%-ного раствора К2Сг04 и титруют раствором Ag2S04 до розового окрашивания. К той части вытяжки, кото- рую берут для определения нитратов, сернокислое серебро прибавляют из расчета Ag2S04 = a*c/b мл, где а — количество мл Ag2S04, пошедшее на титрование; с — количество мл, взятое на выпаривание для определения нитратов; Ь — количество мл вытяжки, взятое на титрование. Поскольку при титровании в присутствии К2Сг04 окраска раствора изменяется при избытке Ag2S04, количество последнего по отношению к выпариваемому объему вытяжки необходимо взять на 10—15% меньше, чем идет на титрование. В случае почернения сухого остатка при выпаривании в фарфоровой чашке (вос- становление серебра) выпаривание следует повторить заново при уменьшенном ко- личестве сернокислого серебра60. В зависимости от ожидаемого содержания нитратов берут 5—50 мл подготовлен- ной вытяжки, помещают в фарфоровую чашечку соответствующего объема и выпари- вают на водяной бане с электрическим обогревом. Одновременно в фарфоровых чашках выпаривают 10 и 20 мл эталонного раствора. После выпаривания снимают чашки с сухим остатком с горячей бани и дают им полностью охладиться61. Приливают в каждую чашку по 1 мл дисульфофеноловой кислоты. Реактив следует прибавлять в строго определенных количествах, для чего лучше пользоваться склянкой с притертой к ней пипеткой емкостью 1 мл. Сухой остаток тщательно растирают с дисульфофеноловой кислотой стеклянным пестиком. Растирание следует проводить не только на середине чашки, но и по бокам ее, где осадка не видно. Особенно внимательно следует обрабатывать су- хой остаток дисульфофеноловой кислотой в чашках с эталонным раствором, так как осадок здесь почти не заметен. С этого момента стеклянная палочка остает- ся в чашечке до конца работы. Оставляют чашки стоять 10 мин, затем в каждую из них приливают по 15 мл дистиллированной, воды, так как без добавления воды возможно разбрызгивание содержимого чашек при последующей нейтрализации кислоты щелочью. Объем при- бавляемой воды должен быть одинаковым и строго определенным во всех случаях. Смачивают водой всю поверхность чашек, чтобы собрать все продукты нитрования. Нейтрализуют кислый раствор 20%-ным раствором NaOH или КОН до щелочной ре- 59 Толуол более удобный антисептик, чем хлороформ или тимол. При дальнейшем выпари- вании жидкости он полностью удаляется и не мешает определению нитратов. 60 Методы агрохимических, агрофизических и микробиологических исследований в полив- ных хлопковых районах. Ташкент, 1963, стр. 96. 61 Если в течение рабочего дня нет возможности довести определение нитратов до кон- ца, лучше прервать анализ после выпаривания вытяжки. Нитрат в виде сухого остатка сохраняются без изменения долгое время.
акции, т. е. до желтой окраски и затем прибавляют еще одну каплю щелочи (из- быток щелочи не мешает). Окрашенные растворы переливают в мерные колбочки емкостью 50 или 100 мл (в зависимости от содержания нитратов), обмывают чашечку вместе с палочкой 3—4 раза дистиллированной водой и прибавляют эту воду к основному раствору. Дово- дят раствор в колбе дистиллированной водой до метки, закрывают пробкой и пе- ремешивают . Сравнение окрасок производят сразу же, так как окрашенные почвенные вытяжки при стоянии меняют окраску. Если интенсивность окраски анализируемого раство- ра для непосредственного сравнения слишком велика, берут определенную часть его и разбавляют до нужного объема. В этом случае результаты определения вы- числяют с учетом разбавления. При фотоколориметрировании пользуются синим светофильтром с областью светопропускания 400—450 нм. Содержание нитратного азота вычисляют в миллиграммах на 100 г сухой почвы. Реактивы: 1. Дисульфофеноловая кислота. В колбе емкостью 100 мл отвешивают 3 г чистого фенола, приливают 20 мл H2S04 пл. 1,84, закрывают корковой пробкой со стеклянной трубкой длиной 50—55 см, служащей обратным холодильником. Конец трубки в пробке должен находиться на уровне ее нижней поверхности, чтобы сгущающиеся пары воды стекали по стенкам колбы, а не падали каплями в ре- активную смесь. Содержимое колбы хорошо перемешивают, после чего колбу опускают в кипящую водяную баню и держат в ней 6 час. Приготовленную ди- сульфофеноловую кислоту переливают в склянку из коричневого стекла с при- тертой пипеткой или отмеривают пипеткой с предохранительным шариком. 2. 20%-ный раствор NaOH или КОН; можно также пользоваться 10%-ным раствором аммиака62. 3. Запасной эталонный раствор на нитратный азот. Берут 0,7216 г перекристал- лизованного и высушенного при 100—105 С до постоянного веса х.ч. КЫОз, по- мещают в мерную колбу емкостью 1 л, растворяют в дистиллированной воде, доводят объем водой до метки и тщательно перемешивают. Полученный раствор содержит 0,1 мг N в 1 мл. Для консервации прибавляют 1 мл толуола или хло- роформа на 1 л раствора. Рабочий раствор готовят из запасного разбавлением в 10 раз, тщательно перемешивают и получают раствор, содержащий 0,01 мг N в 1 мл. Рабочий раствор нитрата калия не устойчив при хранении; поэтому его следует приготовлять непосредственно перед определением. Определение нитритного азота по Гриссу Нитриты вследствие их растворимости в воде извлекают из почвы водной вытяж- кой и определяют фотоколориметрированием, используя светофильтр с областью пропускания 520—550 нм. Молярный коэффициент погашения полученного раствора е = 40000 при Х=520 нм. Данных о приложимости закона Бера нет. В основе метода лежит образование в кислой среде в присутствии нитритов и ароматических аминов (сульфаниловой кислоты и ос-нафтиламина), окрашенного в красно-розовый цвет азосоединения: В засоленных почвах при осаждении хлорид-иоиа сернокислым серебром для нейтрали- зации следует применять только раствор аммиака. Нейтрализацию аммиаком проводят в отдельной комнате. 63 Метод называют также методом Илосвея-Грисса, а также методом Лунге, поскольку Лунге первый предложил применять для определения N02~ сульфаниловую кислоту и нафти- ламин (1889).
HN02 + SO3HC6H4NH2 + 2Н+ -> SO3HC6H4N2 + 2H20, (1) сульфаниловая диазосоединение кислота S03HC6H4N2 + C10H7NH2 -> S03HC6H4 = Ci0H6NH2 + H+. (2) ос-нафталамин азосоединение Окраска развивается сравнительно медленно и на прямом солнечном свету быст- ро обесцвечивается. Содержание N02~ в почве обусловлено процессом нитрификации (в аэробных ус- ловиях) , когда аммиак окисляется нитрифицирующими бактериями до азотистой ки- слоты, а азотистая — окисляется в азотную: 2NH3 + 302 -> 2HN02 + Н20, 2HN02 + 02 -> 2HN03, а также процессом денитрификации (в анаэробных условиях), когда нитраты восстанавливаются по схеме HN03 -> HN02 -> NH2OH -> NH3. Накопление нитритов в верхнем горизонте почв может быть обусловлено также фотохимическими процессами64. 10—100 г свежей почвы помещают в колбу или склянку, приливают 5-кратное ко- личество дистиллированной воды, взбалтывают 3 мин и отфильтровывают через су- хой плотный фильтр. Одновременно берут навеску для определения гигроскопиче- ской воды. Если вытяжка получается мутной, ее приготовляют заново с добавлением гипса для коагуляции суспензии (5 г гипса на 100 г почвы). Берут 40 мл прозрачного и бесцветного фильтрата, помещают в мерную колбочку емкостью 50 мл, приливают 8 мл нитритнохю реактива, доливают дистиллированной водой до метки, перемешивают и оставляют стоять на 15—20 мин. Одновременно из рабочего эталонного раствора, содержащего 0,001 мг N в 1 мл, готовят серию эталонных растворов: приливают в мерные колбочки емкостью 50 мл определенные количества рабочего раствора, разбавляют примерно до 3/4 объема колбочки дистиллированной водой (чтобы нитритный реактив не попал в сравнительно концентрированный раствор нитрита, иначе может выпасть осадок), прибавляют 8 мл нитритнохю реактива, доливают дистиллированной водой до мет- ки, перемешивают и оставляют стоять 15—20 мин. Используя светофильтр с областью пропуска 520—550 нм, измеряют оптическую плотность эталонных растворов, а затем оптическую плотность анализируемых растворов. По калибровочному графику находят концентрацию азота в анализируе- мых растворах и вычисляют содержание нитритнохю азота в мх1 на 100 г сухой почвы. Реактивы: 1. Раствор сульфаниловой кислоты. 0,5 г х. ч. сульфаниловой кислоты растворя- ют в 100 мл уксусной кислоты пл. 1,04. 2. Раствор ос-нафтиламина. К 0,1 г ос-нафтиламина прибавляют 20 мл дистиллиро- ванной воды, нагревают до кипения и кипятят 5 мин. Нерастворившуюся мас- лянистую часть отфильтровывают через промытый горячей дистиллированной И. П. Жолцинский. Солнечный свет и химическая нитрификация. «Почвоведение», 1924, № 1-2, стр. 80-97.
водой рыхлый фильтр, собирая фильтрат в колбу, в которую предварительно налито 180 мл уксусной кислоты пл. 1,04. Реактив можно растворять не- посредственно в уксусной кислоте указанной концентрации. Растворение в этом случае протекает быстрее и получается раствор лучшего качества. 3. Нитритный реактив. Смешивают равные объемы сульфаниловой кислоты и ос- нафтиламина. Если появится розовая окраска, раствор взбалтывают с цинко- вой пылью и фильтруют в склянку из коричневого стекла с притертой проб- кой. Нитритный реактив долго хранить нельзя, поэтому его готовят в не- большом объеме. Можно приготовить сухую смесь реактивов: смешивают в твердом виде 1 г ос-нафтиламина, 10 г сульфаниловой и 90 г винно-каменной кислоты. Тщательно растирают смесь в фарфоровой ступке, делят на 10 час- тей и по мере надобности растворяют каждую порцию в 100 мл воды. 4. Запасной эталонный раствор на нитритный азот. Берут 0,4927 г NaN02, поме- щают в мерную колбу емкостью 1 л, растворяют в дистиллированной воде, пе- ремешивают и получают раствор с содержанием 0,1 мг N в 1 мл. Прибавляют 1 мл толуола или хлороформа на 1 л раствора и хранят в склянке из коричне- вого стекла, периодически проверяя содержание в растворе нитритного азо- та. Рабочий эталонный раствор готовят разбавлением 10 мл запасного рас- твора до 1 л (или 1 мл до 100 мл) и получают раствор с содержанием 0,001 мг N в 1 мл. Рабочий раствор приготовляют в день определения. Определение азота легкогидролизуемых соединений по Тюрину и Кононовой Азот легкогидролизуемых соединений гумусовых веществ переводят в раствор путем взаимодействия почвы с 0,5 Н раствором H2S04 в соотношении почвы к рас- твору 1:5. В гидролизат переходят амиды и аминокислоты, входящие в состав гу- муса, а также минеральные соединения азота. Поскольку азот легкогидролизуемых органических веществ почвы быстро минера- лизуется, а потому становится доступным для питания растений, авторы метода рассматривали указанные соединения как источник пополнения запаса минерально- го азота. Прежде чем брать навеску почвы для определения, следует проверить почву на вскипание и по характеру вскипания вести анализ одним из следующих способов. Некарбонатные почвы и почвы, содержащие менее 2% С02, анализируют следующим образом. На технических весах отвешивают 20 г воздушно-сухой почвы, в которой предварительно отобраны корешки65, а затем почва пропущена через сито с от- верстиями 1 мм. Навеску почвы помещают в колбочку емкостью 200—250 мл и приливают 100 мл 0,5 Н раствора H2S04. Встряхивают содержимое колбы 3 мин и оставляют стоять 16—18 час при комнатной температуре. По истечении срока настаивания, вытяжку фильтруют через сухой складчатый фильтр и дают фильтрату стечь полностью. Берут пипеткой 25—50 мл фильтрата, помещают в колбочку Кьельдаля емкостью 100 мл, прибавляют для восстановления нитратов 0,5 г смеси железа и цинковой пыли (в отношении 1:9), закрывают пробкой-холодильником или вороночкой и нагревают на закрытой электроплитке до кипения и полного растворения прибавленной смеси. Прибавление смеси восстановителей обязательно в том случае, если анализиру- ют пахотные почвы; особенно после внесения азотных удобрений. При уверенно- Корешки отбирают с помощью особой установки или наэлектризованной стеклянной па- лочки .
сти, что нитраты в почве отсутствуют или находятся в небольшом количестве, прибавление смеси железа и цинка можно опустить. После охлаждения прибавляют 5 мл H2S04 (пл. 1,84), помещают колбу на элек- троплитку и выпаривают жидкость до побурения остатка и начала появления белых паров. Охладив колбочку, добавляют 40—50 мг селена или 3 капли 42%-ной хлор- ной кислоты и нагревают до полного обесцвечивания жидкости (15—20 мин). Появ- ление красно-бурой окраски указывает на избыток селена, но на точность опре- деления это не влияет. После этого азот определяют любым приемом, описанным выше. Окисление можно провести, как рекомендуют авторы, а именно: взятый объем вытяжки (25—50 мл) помещают, в коническую колбочку емкостью 100 мл, прибавля- ют для восстановления нитратов 0,5 г смеси цинковой пыли с восстановленным железом. Закрывают колбочку маленькой вороночкой и нагревают на закрытой плитке до кипения и полного растворения цинковой пыли и железа. После охлаж- дения прибавляют 5 мл H2S04 (пл. 1,84) и выпаривают в вытяжном шкафу до появ- ления белых паров S03 и побурения остатка. Затем прибавляют 2 мл 20%-ного раствора хромовой кислоты, закрывают колбоч- ку маленькой вороночкой и кипятят 10 мин до полного позеленения жидкости. Ох- лаждают раствор и переносят его в плоскодонную колбу емкостью 500 мл для от- гона аммиака по Тюрину. Поскольку химические реактивы, применяемые при определении азота, всегда содержат примеси аммонийных солей, постановка контрольного опыта на чистоту реактивов обязательна! Контрольный опыт выполняют так, как описано выше, только вместо вытяжки берут соответствующее количество 0,5 Н H2S04. Результаты выражают в мг N на 100 г почвы. Карбонатные почвы, содержащие больше 2% С02, анализируют следующим обра- -66 щаи 20 г почвы помещают в склянку, предварительно протарированную на объем 200 мл + 20 г почвы и приливают 2 Н раствор H2S04 из расчета 4,55 мл на каждый процент С02. После прекращения бурного выделения газа доливают раствор до метки 0,5 Н H2S04 и энергично взбалтывают 4—5 мин. Повторяют взбалтывание в продолжении 1—2 мин в течение последующих 6 час 2—3 раза, после чего склянку закрывают пробкой и оставляют стоять 18—20 час. Из отстоявшегося фильтрата берут пипеткой 25—50 мл раствора, помещают в колбочку Кьельдаля емкостью 100—200 мл или в коническую колбочку из термо- стойкого стекла, прибавляют 0,5 г смеси восстановленного железа и цинковой пыли (1:9). Нагревают жидкость до кипения и полного растворения смеси, после чего упаривают раствор до объема 8—10 мл. После охлаждения прибавляют 5 мл H2S04 х.ч. (пл. 1,84) и три капли 42%-ной хлорной кислоты (или селена), за- крывают колбочку воронкой и нагревают, на электроплитке до полного обесцвечи- вания жидкости, после чего проводят определение азота. Вычитают показания контрольного опыта на чистоту реактивов и вычисляют со- держание азота легкогидролизуемых азотистых соединений в мг на 100 г почвы. Реактивы: 1. 0,5 Н раствор H2S04. Отмеряют измерительным цилиндром 14 мл серной кислоты (пл. 1,84) и вливают примерно в 400—500 мл дистиллированной воды в мерной колбе емкостью 1 л. Перемешивают раствор и доводят водой до метки, после чего снова перемешивают. 2. Смесь цинковой пыли и восстановленного металлического железа. Берут 9 г цинковой пыли и 1 г восстановленного металлического железа, хорошо пере- 66 З.И. Шлавицкая. Определение легкогидролизуемого азота в карбонатных почвах. «Аг- рохимия», 1967, № 9, стр. 116—118.
мешивают и хранят в банке с притертой пробкой. Цинковую пыль предвари- тельно промывают и высушивают. 3. Концентрированная серная кислота (пл. 1,84). 4. Раствор 2 Н H2S04. Для карбонатных почв дополнительно требуется 2 Н рас- твор H2S04. Берут 56 мл H2S04 (пл. 1,84) и вливают в 400—500 мл дистиллиро- ванной воды. После охлаждения перемешивают и доводят раствор водой до метки и еще раз хорошо перемешивают. 5. Металлический селен или 42%-ная хлорная кислота. Обеспеченность почв азотом легкогидролизуемых соединений (в мг N на 100 г почвы) по результатам, полученным методом Тюрина и Кононовой, характеризуется следующими показателями: Обеспеченность почв азотом легкогидролизуемых соединений (в мх1 N на 100 г почвы) Обеспе- ченность азотом Очень низкая Низкая Средняя Высокая рН ниже 5 Зерно- вые <4 <5 5-7 >7 Корне- плоды , карто- фель <5 <7 7-10 >10 Овощ- ные куль- туры <7 <10 10-14 >14 рН 5-6 Зерно- вые <3 <4 4-6 >6 Корне- плоды , карто- фель <4 <6 6-8 >8 Овощ- ные куль- туры <6 <8 8-12 >12 рН выше 6 Зерно- вые <3 <4 4-5 >5 Корне- плоды , карто- фель <4 <5 5-7 >7 Овощ- ные куль- туры <5 <7 7-10 >10 Определение нитрификационной способности почв по Кравкову Метод заключается в определении нитратов почву после длительного (12 суток) компостирования ее в оптимальных условиях температуры (27—28 С) и влажности (60% от полной влагоемкости) б7. Величина нитрификационной способности обусловливается интенсивностью биоло- гических процессов, приводящих к образованию легкорастворимых минеральных форм азота, являющихся надежными показателями обеспеченности почв доступным для питания растений азотом. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОСТУПНЫХ ДЛЯ ПИТАНИЯ РАСТЕНИИ ФОРМ СОЕДИНЕНИЙ ФОСФОРА Доступный для питания растений фосфор находится в почве в форме легкорас- творимых фосфатов. В зависимости от состава почв для извлечения таких фосфа- 68 тов пользуются различными вытяжками На переход фосфатов в вытяжку влияет не только содержание их в почве, но и условия извлечения: концентрация и свойства растворителя, соотношение между Руководство по составлению почвенных и агрохимических карт. М. , «Колос», 1964, стр. 277—281; в кн. : Л. Н. Александровой и О. А. Найденовой. Лабораторно-практические занятия по почвоведению. М.—Л., «Колос», 1967, стр. 108—110. 68 Общесоюзная инструкция по крупномасштабным почвенным и агрохимическим исследова- ниям территории колхозов и совхозов и по составлению почвенных чарт территорий про- изводственных колхозно-совхозных управлений. М., «Колос», 1964.
почвой и растворителем, продолжительность взаимодействия почвы с раствором и ряд других условий. При получении угле-аммонийных вытяжек и некоторых других, вытяжки могут быть сильно окрашены легкорастворимыми гумусовыми веществами. Для осветления такие вытяжки разбавляют дистиллированной водой69, обесцвечивают пермангана- том или же осветляют активированным углем70. Осветление активированным углём Берут 25 мл полученной окрашенной вытяжки, прибавляют к ней 0,1 г активиро- ванного угля, перемешивают и оставляют стоять 10 мин при периодическом поме- шивании . Если вытяжка не обесцветилась полностью - добавляют еще 0,1 г угля и оставляют стоять при помешивании еще 10 мин. Затем вытяжку отфильтровывают, берут часть ее, помещают в мерную колбу и проводят определение Р2О5, как опи- сано в методике. Следует иметь в виду, что для ряда почв, особенно таких, как карбонатные черноземы, количества фосфора, определяемые при осветлении вытяжек углем, мо- гут быть ниже, чем при осветлении их окислением органических веществ перман- ганатом. В первом случае в вытяжках учитывается только минеральный фосфор, во втором — сумма минерального и органического. Уголь должен быть проверен на содержание фосфатов, способных переходить в тот раствор, которым извлекают фосфаты из почвы: берут 0,1—0,2 г угля, прили- вают 25 мл экстрагента, оставляют стоять 10 мин, фильтруют и определяют Р205 в растворе. Если уголь содержит фосфаты в малых количествах, его промывают экстрагентом; если же уголь значительно загрязнен фосфатами, его очищают об- работкой соляной кислотой, как описано В. Б. Замятиной. Необходимо также проверить способность угля поглощать фосфаты из раствора: берут 25 мл эталонного раствора с малым содержанием Р2О5, прибавляют 0,1—0,2 г угля, оставляют стоять при помешивании 10 мин, отфильтровывают и определяют Р205 в растворе. Если уголь не поглощает фосфаты, содержание их в растворе до и после обработки его углем останется без изменения. Определение подвижного фосфора, как и валового, проводят колориметрическим методом с той разницей, что при восстановлении молибдена хлористым оловом (метод Дениже) нет необходимости восстанавливать железо алюминием, так как его мало извлекается из почвы применяемыми для извлечения фосфатов вытяжками. Аскорбиновый метод применяется для определения подвижных форм соединений фосфора в модификации А.Н. Орловой и Ю.В. Соколовой71. Суть этой модификации состоит в том, что кроме реактивов А и Б, необходим еще реактив С. Этот реак- тив для метода Кирсанова приготовляют, растворяя 168 мл реактива Б в воде и доводя раствор до 1 л. Для метода Чирикова — 178 мл реактива Б доводят водой до 1 л; для метода Мачигина — 200 мл реактива Б доводят водой до 1 л. В дальнейшем этот реактив используют следующим образом: метод Кирсанова — к 5 мл вытяжки, помещенным в мерную колбу емкостью 100 мл, приливают 95 мл ре- актива С; метод Чирикова — к 10 мл вытяжки приливается 90 мл реактива С; ме- тод Мачигина — к аликвотной части вытяжки, нейтрализованной по р-динит- 69 Д.Ф. Соколов и Е.Л. Ковалева. Способ колориметрического определения минеральной фосфорной кислоты в окрашенных вытяжках. Докл. ВАСХНИЛ, 193?, вып. 4(7), стр. 218— 221. 70 В.Б. Замятина. Методы определения подвижного фосфора в почвах. Св. «Пособие по проведению анализов почв и составлению агрохимических картограмм», изд. 2. М. , «Ко- лос», 1969, стр. 90—94. 71 А.Н. Орлова и Ю.В.Соколова. Использование аскорбиновой кислоты и сурьмяно- виннокислого калия при массовом определении подвижных фосфатов в почвах. «Химия в сельском хозяйстве», 1970, № 5.
рофенолу приливают реактив С до метки. Во всех случаях после того, как реак- тив С прилит до метки мерной колбы, раствор перемешивают и оставляют стоять 10 мин для развития окраски, после чего проводят определение Р2О5. Такой при- ем доведения раствора в мерной колбе до метки раствором С значительно упроща- ет и ускоряет определение подвижных фосфатов. Градуировочный график при массовых определениях строят так, чтобы по нему можно было определить содержание Р2О5 в мг на 100 г почвы в разных объемах вытяжки. 5ш$#тятм соот&шбует St0 fffMJf IS Мм* (2S & mo /iff гао до що io is що /4s цо " J/S S,0 Stf .7tS Калибровочный график для определения содержания Р2О5 (в мг на 100 г почвы) в разных объемах вытяжки. Определение легкорастворимых фосфатов в вытяжке Кирсанова В вытяжке А.Т. Кирсанова (1931) определяют содержание доступных для питания растений легкорастворимых фосфатов кислых почв: подзолистых, дерново- подзолистых, подзолисто-болотных, серых лесных, бурых лесных и др. Фосфаты извлекают из почвы 0,2 Н раствором НС1 (рН 0,74) при отношении поч- вы к раствору 1:5, минутном взбалтывании и 15-минутном отстаивании. В тор- фяных горизонтах подзолисто-болотных почв пользуются соотношением 1:50. В вы- тяжку переходят преимущественно фосфаты кальция и магния, а также некоторая часть, фосфатов полуторных окислов. Увеличив навеску почвы до 10 г в этой же вытяжке поточным методом определя- ют калий на пламенном фотометре72. 5 г воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито с отверстиями диаметром 1 мм, помещают в коническую колбочку емкостью 100 мл и приливают 25 мл 0,2 Н раствора НС1. Взбалтывают содержимое колбочки 1 мин, оставляют стоять 15 мин 72 Межреспубликанские технические условия методов проведения агрохимических анализов почв для зональных агрохимических лабораторий. М., «Колос», 1968, стр. 12.
и фильтруют раствор через беззольный фильтр. Берут пипеткой часть фильтрата, помещают в мерную колбу емкостью 50 мл и разбавляют дистиллированной водой до 40—45 мл. Приливают 2 мл 2,5%-ного рас- твора молибденово-кислого аммония в серной кислоте и перемешивают содержимое колбы круговым движением. Прибавляют 3 капли раствора хлористого олова, дово- дят объем раствора дистиллированной водой до метки, закрывают сухой чистой пробкой и перемешивают 3—4-кратным перевертыванием колбы. Сравнение окрасок проводят спустя 5—10 мин после добавления восстановителя фотометрическим или визуальным73 методом. Если окраска окажется слишком сла- бой, определение повторяют с большим количеством вытяжки или же взятый объем помещают в мерную колбу меньшего объема, соответственно уменьшая количество растворов молибденово-кислого аммония и хлористого олова. Если окраска раствора не чисто-синяя, а мутно-зеленоватая (что может быть связано с малым содержанием Р2О5, избытком Fe3+ или присутствием органических веществ), следует повторить окрашивание с большим количеством вытяжки или восстановить Fe3+ металлическим алюминием или же окрашенные вытяжки предвари- тельно обесцветить активированным углем и сильно разбавить. Рекомендуем поль- зоваться аскорбиновым методом. Об обеспеченности почв доступными легкорастворимыми фосфатами судят по по- казателям , приведенным в табл. Обеспеченность почв доступными фосфатами (в мг Р2О5 на 100 г почвы) по содержанию их в вытяжке Кирсанова Обеспеченность Очень низкая Низкая Средняя Высокая Зерновые, зернобобовые <3 <8 8-15 >15 Корнеплоды, картофель < 8 <15 15-20 >20 Овощные культуры <15 <20 20-30 >30 Реактивы: 1. 0,2 Н раствор НС1. Берут 16,4 мл НС1 пл. 1,19, разбавляют дистиллированной водой до 1 л и перемешивают. 2. Раствор молибденово-кислого аммония в 10 Н H2S04. Сначала приготовляют раствор кислоты, помещая в колбу (желательно из термостойкого стекла) 500 мл дистиллированной воды и осторожно вливая в нее при помешивании 280 мл H2S04 пл. 1,84. Растворение серной кислоты сопровождается разогреванием, поэтому колбу ставят на асбест или асбестовую сетку. Оставляют раствор ох- ладиться до комнатной температуры. Приготовляют водный раствор (NH4) бМо7024'4Н20: берут 25 г перекристаллизованного х.ч. молибденово- кислого аммония74, растворяют в 200 мл дистиллированной воды, нагретой до 60 С; если в растворе есть механические примеси, фильтруют через плотный беззольный фильтр. Охлаждают полученный раствор до комнатной температуры. Визуальное определение Р205 удобно проводить по не выцветающей шкале из минераль- ных солей, описанной в кн. «Пособие по проведению анализа почв и составлению агрохи- мических картограмм». М., «Колос», 1965, стр. 83. 74 Перекристаллизацию проводят следующим образом: отвешивают на технических весах 100 г (или больше) молибдата аммония и растворяют примерно в 200 мл дистиллированной воды, нагретой до 60 С. Прибавляют аммиак до запаха, перемешивают и горячим фильтру- ют в кристаллизатор. После суточного стояния отделяют выпавшие кристаллы от маточно- го раствора с помощью воронки Бюхнера и высушивают их на воздухе между листами фильтровальной бумаги. Перекристаллизацию следует делать по той причине, что при хранении молибдат аммония выветривается и теряет часть NH3.
Вливают приготовленный раствор молибденово-кислого аммония в раствор сер- ной кислоты небольшими порциями при постоянном помешивании взбалтыванием. После охлаждения до комнатной температуры доводят общий объем раствора дистиллированной водой до 1 л, хорошо перемешивают и переливают в склянку из оранжевого стекла с притертой пробкой. Раствор устойчив и может хра- ниться длительное время. 3. Раствор двухлористого олова SnCl2'H20. Берут 2,5 г двухлористого олова и растворяют при нагревании в 24 мл НС1 пл. 1,19. После охлаждения приливают дистиллированной воды до 100 мл и получают раствор олова в 10%-ном раство- ре НС1. Растворение двухлористого олова непосредственно в 10%-ном растворе НС1 идет медленно и иногда при этом выпадает небольшая муть. Муть не меша- ет определению, так как при взаимодействии с кислым раствором молибденово- кислого аммония она исчезает. В работе следует пользоваться свежеприготов- ленным раствором двухлористого олова, так как во многих случаях от этого зависит в большой мере успех анализа и его точность. Если нет соли SnC12.H20, реактив готовят из металлического олова. Олово помещают в чис- тую фарфоровую чашку, нагревают до начала плавления и в этот момент быстро растирают его пестиком. При температуре начала плавления (так же как и при охлаждении расплавленного металла до этой температуры) олово легко рассы- пается в порошок, берут в пробирку 0,1 г порошка металлического олова и растворяют в 2 мл х.ч. НС1 (пл. 1,19). Для ускорения растворения прибавля- ют 1—4 капли 4%-ного раствора CuS04'5H20 и подогревают на водяной бане, закрыв пробирку, пробкой с клапаном. После растворения олова объем жидко- сти доводят до 10 мл и получают 1%-ный раствор хлористого олова (по оло- ву) . Для приготовления раствора указанным способом желательно, иметь про- бирку с двумя метками — на 2 и на 10 мл. Раствор приготовляют непосредст- венно перед определением. Определение легкорастворимых фосфатов в вытяжке Чирикова Вытяжку Ф.В. Чирикова (1947) используют для определения содержания доступ- ных для питания растений легкорастворимых фосфатов в нейтральных почвах — не- карбонатных черноземах, каштановых, коричневых и др. Фосфаты извлекают из почвы 0,5 Н раствором СН3СООН (рН 2,55) при отношении почвы к раствору 1:25, часовом взбалтывании и суточном отстаивании. В вытяжку переходят легкорастворимые фосфаты кальция, часть А1Р04 и часть органических соединений фосфора. При поточном методе в этой же вытяжке определяют калий на пламенном фотометре75. 4 г воздушно-сухой почвы, просеянной через сито с отверстиями 1 мм, помеща- ют в колбу или склянку и приливают 800 мл 0,5 Н раствора СН3СООН. Взбалтывают на ротаторе 1 час и оставляют стоять сутки. Суточное отстаивание можно заме- нить 2-часовым взбалтыванием. Фильтруют вытяжку через плотный складчатый фильтр. Первые порции фильтрата отбрасывают, чтобы освободиться от примесей. Отфильтрованная вытяжка должна быть совершенно прозрачной (без опалесцен- ции). Если вытяжка мутная, ее перефильтровывают. В зависимости от предполагаемого содержания фосфора берут 5—20 мл вытяжки, помещают в мерную колбочку емкостью 50 или 100 мл и получают синие соединения по Дениже, не пользуясь алюминием (ниже). Удобно пользоваться модификацией аскорбинового метода. Перемешав фильтрат от кремневой кислоты, берут из него 10 мл раствора (или Межреспубликанские технические условия методов проведения агрохимических анализов почв для зональных агрохимических лабораторий. М., «Колос», 1968, стр. 20.
меньше — в зависимости от содержания Р2О5) , помещают в стаканчик емкостью 50 мл, разбавляют дистиллированной водой и нагревают до кипения. Снимают с огня. Перемешивают раствор круговым движением и оставляют стоять до обесцвечивания и охлаждения до комнатной температуры. Прибор для взбалтывания вытяжек (ротатор). Нейтрализуют избыток кислоты в аликвотной части анализируемого раствора в колбе каплями 10%-ного раствора NH40H, прибавляя его при помешивании до сла- бого помутнения от выделившихся гидроокисей, после чего растворяют гидроокиси добавлением нескольких капель 10%-ного раствора серной кислоты. При малом содержании железа в растворе выделение гидроокисей мало заметно и нейтрализацию лучше проводить по индикатору а- или р-динитрофенолу. Добавляют в колбу 2 капли того или другого индикатора и нейтрализуют раствор аммиаком до желтой окраски, а затем обесцвечивают этот раствор каплями 10%-ного рас- твора H2S04. Приливают в колбочку дистиллированную воду до объема 90—95 мл, добавляют 4 мл 2,5%-ного раствора молибденово-кислого аммония в серной кислоте и переме- шивают . Вносят в колбочку 6 капель свежеприготовленного раствора двухлористого оло- ва SnCl2, добавляют дистиллированную воду до метки, закрывают сухой чистой пробкой и хорошо перемешивают 3—4-кратным перевертыванием колбы. Олово следует добавлять одной и той же трубочкой с таким оттянутым кончи- ком, чтобы объем 6 капель был равен 0,3 мл. Можно отмеривать этот объем гра- дуированной микропипеткой. Синяя окраска раствора появляется довольно быстро, но максимальная интен- сивность ее наблюдается через 5—10 мин после начала окрашивания, а затем ин- тенсивность окраски снижается. Поэтому колориметрирование следует проводить не позже, чем через 10 мин после окрашивания. Если почва бедна фосфором для определения берут больше 20 мл вытяжки и вы- паривают в фарфоровой чашке на водяной бане досуха. Сухой остаток растворяют в разбавленной соляной или серной кислоте и раствор переносят горячей водой в мерную колбу для получения окрашенного соединения. Если анализируемая почва богата фосфором и для определения берут от 5 до 20 мл вытяжки, вытяжку можно не выпаривать, как это показала К.Е. Гинзбург76. Обеспеченность почв доступными фосфатами представлена в табл.: 76 Рекомендация К.Е. Гинзбург (1958) была проверена и подтверждена в работе ВИУА. «Пособие по проведению анализов почв и составлению агрохимических картограмм». М. , «Колос», 1965, стр. 88.
Обеспеченность почв доступными фосфатами (в мг Р2О5 на 100 г почвы) по содержанию их в вытяжке Чирикова Обеспеченность Очень низкая Низкая Средняя Высокая Зерновые, зернобобовые <2 <5 5-10 >10 Корнеплоды, картофель <5 <10 10-15 >15 Овощные культуры <10 <15 15-20 >20 Реактивы: 1. 0,5 Н раствор уксусной кислоты. Берут 30 мл концентрированной уксусной кислоты и разбавляют дистиллированной водой до 1 л. Полученный раствор содержит 3% уксусной кислоты. Нормальность приготовленного раствора кон- тролируют титрованием раствором NaOH в присутствии фенолфталеина как ин- дикатора . Можно проверить раствор ареометром: плотность 0,5 Н раствора СН3СООН равна 1,0026. Если требуется, раствор подгоняют до 0,5 Н прибавле- нием воды или уксусной кислоты. Приготовленный раствор следует проверить на отсутствие фосфатов. Берут 40 мл раствора, помещают в мерную колбу ем- костью 100 мл и получают окрашенное соединение по Дениже. Если раствор при добавлении соответствующих реактивов останется бесцветным, т. е. в нем отсутствует даже слабо-голубой оттенок, кислота пригодна для работы. 2. Реактивы как для вытяжки Кирсанова. Примечание: При исследовании почв, в которые только что были внесены фосфорнокислые удобрения, содержание Р2О5 в уксуснокислой вытяжке будет значительным. В этом случае, если пришлось прибегнуть к выпариванию, остаток в чашке растворяют при тщательном растирании стеклянной палочкой в 10 мл 27%-ного раствора H2S04, разбавляют 20 мл дистиллированной воды и фильтруют через маленький беззольный фильтр в мерную колбочку емкостью 100 мл. Ополаскивают чашку не- сколько раз водой, тщательно протирая стенки стеклянной палочкой с резиновым наконечником и присоединяя воду к раствору в мерной колбе. Доводят раствор водой до метки и перемешивают. Берут из этой колбочки 20—25 мл раствора, пе- реносят в мерную колбочку емкостью 50 мл, нейтрализуют кислоту 10%-ным рас- твором Na2C03 (до начала выпадения полуторных окислов), встряхивают для уда- ления СО2, добавляют 1—2 капли 1%-ного раствора H2S04, чтобы растворить легкую муть, и получают окрашенное соединение по Дениже. При вычислении результатов учитывают произведенное разбавление (прием разработан кафедрой агрохимии МГУ) . Определение легкорастворимых фосфатов в вытяжке Труога Вытяжку Е. Труога (1930) применяют для определения содержания в почве дос- тупных для питания растении легкорастворимых фосфатов некарбонатных чернозе- мов . Фосфаты извлекают из почвы 0,002 Н раствором H2S04 забуференным сернокислым аммонием до рН 3,0 при отношении почвы к раствору 1:200 и взбалтывании в те- чение 30 мин. В вытяжку переходят легкорастворимый СаНР04 и малорастворимые А1Р04, FeP04, Al(OH)3P04 и Fe2(OH)3P04. Берут 2 г воздушно-сухой почвы, помещают в склянку емкостью 750 мл, прили- вают 400 мл 0,002 Н H2S04 забуференной до рН 3,0 и взбалтывают 30 мин. От- фильтровывают вытяжку через беззольный фильтр, отбрасывая первые порции
фильтрата, пока он не станет идти прозрачным. Берут пипеткой 25—50 мл прозрачного фильтрата и помещают в мерную колбу ем- костью 100 мл. Приливают дистиллированной воды до 90—95 мл, перемешивают и вносят измерительной пипеткой 4 мл 2,5%-нохю раствора молибденово-кислого ам- мония, снова перемешивают и приливают 6 капель раствора хлористого олова. Доводят объем раствора в колбе дистиллированной водой до метки, закрывает пробкой и перемешивают раствор 3—4-кратным перевертыванием колбы. Визуальное или фотоэлектроколориметрическое определение содержания Р2О5 в растворе проводят через 5—10 мин после внесения хлористого олова в раствор. Обеспеченность почв доступными для питания растений фосфатами оценивают по- казателями , приведенными в табл.: Обеспеченность почв доступными фосфатами (в мг Р2О5 на 100 г почвы) по содержанию их в вытяжке Труога Обеспеченность Очень низкая Низкая Средняя Высокая Зерновые, зернобобовые <3 <7 7-12 >12 Корнеплоды, картофель <7 <12 12-18 >18 Овощные культуры <12 <18 18-25 >25 Реактивы: 1. Раствор 0,002 Н H2S04 с рН 3,0. Берут 20 мл точно установленного 0,1 Н раствора HaS04 и разбавляют дистиллированной водой до 1 л. Для доведения рН до 3,0 прибавляют на каждый литр приготовленной кислоты 3,0 г химиче- ски чистого сернокислого аммония (NH4)2S04 и тщательно перемешивают рас- твор . Сернокислый аммоний не только забуферивает раствор до определенной величины рН, но и коагулирует перешедшие в вытяжку коллоиды и тем обеспе- чивает прозрачность и бесцветность вытяжки. 2. Реактивы как для вытяжки Кирсанова. Определение легкорастворимых фосфатов карбонатных почв в вытяжке Мачигина Вытяжку Б.П. Мачигина (1939) используют при определении доступных для пита- ния растений легкорастворимых фосфатов в карбонатных почвах — сероземах, чер- ноземах, горно-степных и перегнойно-карбонатных почвах. Фосфаты извлекают из указанных почв 1%-ным раствором углекислого аммония с рН 9,0 при отношении почвы к раствору 1:20 и часовом взбалтывании77. В вытяж- ку переходят моно- и дифосфаты кальция, в небольшом количестве органические соединения фосфора и малорастворимого трифосфата кальция. 5 г воздушно-сухой почвы, просеянной через сито с отверстиями 1 мм, помеща- ют в склянку емкостью 200—250 мл. Приливают 100 мл 1%-ного раствора (ЫН4)2СОз, закрывают пробкой и взбалтывают на ротаторе 1 час. По окончании взбалтывания вытяжку фильтруют через плотный беззольный фильтр или простую фильтровальную бумагу, проверенную на отсутствие фосфора78. В отфильтрованной вытяжке определяют фосфор методом Дениже или в модифика- ции Малюгина и Хреновой, или аскорбиновым методом. Методические указания по составлению агрохимических картограмм колхозов и совхо- зов Казахской ССР. Алма-Ата, 1964. 78 При загрязнении фильтров фосфором их заливают 1—2%-ным раствором (NH4)2C03, остав- ляют стоять 12—18 час, после чего промывают 2—3 раза дистиллированной водой.
Определение фосфора в модификации Малюгина и Хреновой 10—20 мл вытяжки (в зависимости от содержания фосфора) помещают в мерную колбочку емкостью 50 или 100 мл. Если вытяжка не окрашена, нейтрализуют угле- кислый аммоний разбавленной серной кислотой по р-динигрофенолу до слабого желтого окрашивания. В мерную колбочку емкостью 100 мл, приливают к вытяжке 10 мл 27%-ной серной кислоты и 10 мл молибденово-кислого аммония. Доливают колбу дистиллированной водой почти до метки, закрывают пробкой, тщательно пе- ремешивают, добавляют 3—4 капли 1%-ного раствора хлористого олова, снова пе- ремешивают , доливают воду до метки и колориметрируют. Окрашенные вытяжки предварительно обесцвечивают. Аликвотную часть вытяжки (10—20 мл) помещают в коническую колбочку емкостью 50—100 мл, добавляют 5 мл 27%-ной H2S04 и допол- нительно на каждые 10 мл вытяжки еще 0,3 мл этой кислоты, т. е. на 10 мл вы- тяжки всего 5,3 мл кислоты, а на 20 мл — 5,6 мл. Нагревают раствор почти до кипения и прибавляют из пипетки или бюретки по каплям 0,1 Н раствор КМп04 до слаборозовой окраски. Перманганат прибавляют для обесцвечивания вытяжки. Если раствор КМп04 прилит в избытке, избыток обесцвечивают каплей 0,05 Н раствора щавелевой кислоты или добавкой 1 мл 10%-ного раствора глюкозы. Вместо перманганата обесцвечивание можно провести активированным углем, прибавляя его к навеске почвы из расчета 1 г угля на 3 г почвы79 или внося его в окрашенную вытяжку и после перемешивания и фильтрования раствора ис- пользуя аликвотную часть для определения. Обесцвеченную аликвотную часть вытяжки переливают в мерную колбу емкостью 50 или 100 мл. Если определение проводят в мерной колбе емкостью 50 мл, до- бавляют к вытяжке 5 мл 2%-ного молибденово-кислого аммония и доводят раствор водой почти до метки. После этого добавляют 2—3 капли раствора хлористого олова, избегая попадания его на стенки колбочки. Тщательно перемешивают, до- водят раствор до метки дистиллированной водой, снова перемешивают и через 10— 15 мин измеряют оптическую плотность. Обязательно проводят контрольный опыт на чистоту реактивов. Обеспеченность почвы доступными для питания растений фосфатами представлена табл.: Обеспеченность почв доступными фосфатами (в мг Р205 на 100 г поч- вы) по содержанию их в вытяжке Мачигина Обеспеченность Очень низкая Низкая Средняя Высокая Зерновые, хлопчатник <1,0 <1,5 1,5-3,0 >3,0 Корнеплоды <1,5 <3,0 3,0-4,5 >4,5 Овощные культуры <3,0 <4,5 4,5-6, 0 >6,0 Реактивы: 1. 1%-ный раствор углекислого аммония (10 г на 1 л). Так как состав углеки- слого аммония непостоянен, необходимо концентрации приготовленного 1%- ного раствора проверять титрованием 0,1 Н НС1 в присутствии метилоранжа. Если раствор окажется более разбавленным, чем требуется, к нему добавляют необходимое количество углекислого аммония; если он содержит больше 1% (NH4)2C03, раствор разбавляют. Концентрация (NH4)2C03 должна находиться в пределах 0,9 9—1,01. 2. 27%-ная серная кислота: 150 мл концентрированной серной кислоты (пл. 1,84) доводят водой до 1 л. Раствор приготовляют таким образом, что ки- 79 Н.О. Авакян, B.C. Суджян, Е.А.Карапетяи. Усовершенствование методики определения подвижного фосфора в карбонатных почвах раствором углекислого аммония. «Агрохимия», 1968, № 1, стр. 125-128.
слоту приливают небольшими порциями к 500—600 мл воды, перемешивают. Если раствор разогрелся, его охлаждают и после этого приливают следующую пор- цию воды, а затем доводят раствор водой до 1 л. 3. Рабочий эталонный раствор фосфата с содержанием 0,002 мг Р2О5 в 1 мл полу- чают разбавлением запасного раствора, содержащего 0,1 мг/мл Р2О5. Берут 20 мл запасного раствора и разбавляют водой до 1 л или 10 мл разбавляют до 500 мл. 4. Раствор двухлористого олова готовят в день работы. 5. Раствор молибденово-кислого аммония. Используют водный раствор, который готовят растворением 20 г вещества в воде при слабом нагревании и доводят до 1 л. Работать следует со свежеприготовленным раствором. 6. 0,1 Н раствор перманганата. Навеску 3,16 г КМп04 растворяют в воде и дово- дят раствор до 1 л. Хранить раствор следует в темной склянке. 7. 0,01 Н раствор щавелевой кислоты или 10%-ный раствор глюкозы. 8. р-динитро фенол C6H4N205. 0,25 г соли в 100 мл воды при нагревании до 50 С. на следующий день раствор сливают и используют, а выпавшие кристаллы со- храняют . Примечание: 1. Правильность результатов зависит от того, насколько точно приготовлен рас- твор углекислого аммония. Если концентрация его меньше 1%, результаты по- лучаются заниженными, при более высокой концентрации результаты завышен- ные . 2. Большое значение имеет также температура, при которой почва обрабатывается углекислым аммонием. В процессе получения вытяжки желательно поддерживать температуру 20—28 С (не выше 30 С!), помещая склянки с почвенной суспензи- ей в ванну с водой указанной температуры. Постоянная температура воды в ванне поддерживается добавлением горячей воды по мере надобности. Определение легкорастворимых фосфатов в вытяжке Аррениуса Вытяжку О. Аррениуса (1933) используют для определения доступных для пита- ния растений легкорастворимых фосфатов в красноземных и желтоземных почвах. Фосфаты извлекают из почвы 1%-ным раствором лимонной кислоты СбН807'Н20 (рН 2,3) при отношении почвы к раствору 1:10, 2-часовом взбалтывании и 18—20- часовом отстаивании. Определение Р2О5 проводят по К. Е. Гинзбург (1952). В вытяжку переходят СаНР04, Саз(Р04)2, а также частично А1Р04 и Fe P04. 5 г воздушно-сухой почвы, пропущенной через сито с отверстиями диаметром 1 мм, взбалтывают с 50 мл 1^-ного раствора лимонной кислоты в течение 2 час, после чего оставляет стоять 18—20 час. Отфильтровывают вытяжку через плотный беззольный фильтр диаметром 9—11 см. Берут 10 мл прозрачного фильтрата, переносят в коническую колбочку емкостью 50—100 мл, добавляют 3 мл НС1 (пл. 1,19) и 6 мл 5%-ного раствора КМп04. Кол- бочку осторожно взбалтывают и через 30 мин ставят на горячую электрическую плитку с закрытой спиралью. Нагревают раствор при периодическом перемешивании до полного растворения бурого осадка перекиси марганца и оставляют стоять на плитке еще 15—20 мин для упаривания раствора до небольшого объема. После ох- лаждения раствор переливают в мерную колбу емкостью 50—100 мл и доводят до метки дистиллированной водой. Берут 10—25 мл полученного раствора, помещают в мерную колбу емкостью 50 или 100 мл, добавляют 2—3 капли индикатора р-динитрофенола и в бесцветный раствор прибавляют несколько капель 10%-ного раствора NH4OH до появления жел- той окраски. Окраску уничтожают 1—2 каплями 10%-ного раствора H2S04 и опреде-
ляют Р2О5 по Дениже. Обеспеченность почв доступными фосфатами представлена показателями, приве- денными в табл.: Обеспеченность почв доступными фосфатами (в мг Р2О5 на 100 г почвы) по содержанию их в вытяжке Арреннуса-Гнизбург Обеспеченность Очень низкая Низкая Средняя Высокая Зерновые, чай <8 <15 15-30 >30 Корнеплоды <15 <30 30-45 >45 Овощные культуры <30 <45 45-60 >60 Реактивы: 1. 1%-ный раствор лимонной кислоты. Берут 10 г кристаллической лимонной ки- слоты ч.д.а. или ч., растворяют в 300—500 мл дистиллированной воды в мер- ной колбе емкостью 1 л, доводят дистиллированной водой до метки и тщатель- но перемешивают. При выполнении массовых анализов приготовляют 5—10 л рас- твора . 2. Реактивы как для вытяжки Кирсанова. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОСТУПНЫХ ДЛЯ ПИТАНИЯ РАСТЕНИЙ ФОРМ СОЕДИНЕНИЙ КАЛИЯ Основную роль в питании растений играет обменный калий. Поэтому о степени обеспеченности почвы доступным калием судят по содержанию в ней этого калия. Обменный калий извлекают из почвы солевыми вытяжками, вытесняя калий ионом аммония. В некарбонатных почвах применяют уксусно-аммонийную вытяжку, в кар- бонатных — углеаммонийную80. В указанные вытяжки переходит не только обменный калий, но и его водо-растворимые соединения. Поскольку водо-растворимых со- единений калия в почве мало, большого значения в питании растений они не име- ют . В засоленных почвах определение доступного растениям калия не производят по той причине, что такие почвы перед использованием их в сельскохозяйственном производстве промывают, чтобы освободить от солей и содержание калия резко изменяется. Калий в вытяжках определяют пламенно-фотометрическим методом, вычисляя ре- зультаты определения по формуле, приведенной в начале главы. Реактивы, ис- пользуемые для приготовления солевых вытяжек, часто загрязнены калием, и по- тому необходимо проверять их растворы на содержание этого иона. В зональных агрохимических лабораториях определение доступного растениям калия и фосфора часто выполняют в одной вытяжке81. Определение калия некарбонатных почв в вытяжке Масловой В вытяжке А.Л. Масловой и З.В. Чернышевой (1934) определяют доступный для питания растений калий кислых почв — подзолистых, дерново-подзолистых, серых Общесоюзная инструкция по крупномасштабным почвенным и агрохимическим исследова- ниям территорий колхозов и совхозов и по составлению почвенных карт территорий про- изводственных колхозно-совхозных управлений. М., «Колос», 1964. 81 Межреспубликанские технические условия методов проведения агрохимических анализов почв для зональных агрохимических лабораторий. М.. «Колос». 1968.
лесных, некарбонатных черноземов, красноземных и желтоземных почв. Калий извлекают 1 Н раствором уксуснокислого аммония при отношении почвы с раствором 1:10 и часовом взбалтывании. В раствор переходит обменный калий. Берут 5 г воздушно-сухой почвы, просеянной через сито с отверстиями в 1 мм, помещают в склянку емкостью 200 мл и приливают 50 мл 1,0 Н раствора уксусно- кислого аммония с рН 7,0. Взбалтывают на ротаторе 1 час, фильтруют вытяжку через складчатый фильтр, отбрасывая первые порции фильтрата для удаления примесей из фильтра. Фильтрат собирают в химический стаканчик емкостью 50 мл и проводят определение калия пламенно-фотометрическим методом. Сравнение интенсивности излучения ведут по эталонным растворам, содержащим от 1 до 100 мг К20 в 1 л, приготовленным на 1 Н растворе уксуснокислого аммо- ния. Уксуснокислый аммоний в пламени разлагается и не мешает определению ка- лия. Об обеспеченности почв доступным для растений калием судят по показателям, приведенным в табл.: Обеспеченность почв доступным калием (в мг К20 на 100 г почвы) по содержа- нию его в вытяжке Масловой Обеспеченность Очень низкая Низкая Средняя Высокая Зерновые, лен, травы < 5 <10 10-15 >15 Корнеплоды, картофель <10 <15 15-20 >20 Овощные культуры <15 <20 20-30 >30 Реактивы: 1. 1,0 Н раствор CH3COONH4. Отвешивают на технических весах 77 г уксуснокис- лого аммония, растворяют в 400—500 мл воды и доводят раствор до метки в мерной колбе емкостью 1 л. Проверяют рН и доводят его значение до 7,0 водным раствором аммиака, поскольку раствор обычно кислый. При массовых определениях готовят 10—20 л раствора. 2. Запасной эталонный раствор и серия рабочих, эталонных растворов калия. Рабочие эталоны приготовляют разбавлением запасного раствора 1,0 Н рас- твором уксуснокислого аммония. Основной эталонный раствор с содержанием К20 1 мг/мл. Навеску 1,583 г х.ч. КС1, высушенного до постоянного веса при температуре 105 С, помеща- ют в мерную колбу емкостью 1 л. Растворяют в 400—500 мл дистиллированной воды, доводят раствор до метки и перемешивают. Серия рабочих эталонных растворов. Отмеривают бюреткой основной эталонный раствор в мерные колбы емкостью 1 л в следующих количествах: № рабочего эталона Количество мл основного эталонного раствора Содержание К20, мг/л 1 5 5 2 10 10 3 25 25 4 50 50 5 75 75 6 100 100 Прибавляют дистиллированную воду до метки, хорошо перемешивают и переливают в склянки для хранения. Для приготовления серийных эталонов в меньшем объе- ме раствора, например 500 или 250 мл, основной эталонный раствор отмеряют в соответственно, меньших количествах. Расчет ведут по формуле приведенной в начале главы.
Определение калия карбонатных почв в вытяжке Протасова Доступный, или подвижный, калий извлекают из карбонатных почв по Протасо- ву82 двумя последовательными вытяжками 0,2 Н раствором углекислого аммония и определяют калий пламенно-фотометрическим методом. 10 г воздушно-сухой почвы, просеянной через сито с отверстиями диаметром 1 мм, помещают в колбу емкостью 250 мл, после чего приливают 100 мл 0,2 Н рас- твора (NH4)2C03. Содержимое колбы взбалтывают 5 мин и оставляют отстаиваться 1 час. После отстаивания суспензию снова взбалтывают и фильтруют через плотный фильтр. Затем почву вместе с фильтром переносят в колбу, в которой производи- лось отстаивание, и заливают второй раз 100 мл раствора углекислого аммония. Снова взбалтывают, дают отстояться и фильтруют; Фильтровать можно и в те же колбы, в которые собирался первый фильтрат, или же в разные колбы, а затем слить обе вытяжки. Объединенный фильтрат перемеши- вают и, если нужно, оставляют до следующего дня, закрыв колбы пробками. Наливают растворы в химические стаканчики емкостью 50 мл (в тигли или не- большие бюксы) и определяют калий пламенно-фотометрическим методом83. Сравнение показаний анализируемых растворов ведут по серии эталонных рас- творов, содержащих от 2,5 до 100 мг калия в 1 л. Если вытяжки окрашены орга- ническими веществами, следует иметь в виду, что окраска вытяжек не мешает возбуждению атомов калия в пламени и не искажает результаты определения. Обеспеченность почв доступным для растений калием характеризуется показате- лями , приведенными в табл.: Обеспеченность почв доступным калием (в мг К20 на 100 г почвы) по содержанию его в вытяжке Протасова Обеспеченность Очень низкая Низкая Средняя Высокая Зерновые <10 <20 20-30 >30 Корнеплоды <20 <30 30-40 >40 Овощные культуры <30 <40 40-60 >б0 Реактивы: 1. 0,2 Н раствор углекислого аммония (NH4)2C03. Растворяют 11,4 г в воде и доводят объем раствора до 1 л. Для массовых анализов готовят большие коли- чества раствора, но следует иметь в виду, что при хранении раствор легко разлагается и концентрацию его следует контролировать титрованием 0,1 Н НС1 в присутствии метилового оранжевого. 2. Запасной эталонный раствор на К20 (см. выше). 3. Серия рабочих эталонных растворов с содержанием 100; 75; 50; 25; 10; 5; 2,5 мг/л К20. Эталонные растворы приготовляют на 0,2 Н растворе углекисло- го аммония. Растворы, содержащие 10 мг калия в 1 л и меньше, следует гото- вить из раствора, содержащего 100 мг калия в 1 л. Вычисление результатов ведут по формуле, приведенной вначале главы. П.Г. Грабаров и 3.И. Шлавицкая. Определение подвижного калия в карбонатных почвах по методу Протасова. Сб. «Методические указания по составлению агрохимических карто- грамм в колхозах и совхозах Казахской ССР». Алма-Ата, 1964. 83 Для определения доступного калия в карбонатных почвах можно использовать 1%-ную угле-аммонийную вытяжку Мачигнна на фосфор и определять фосфор и калий в одной вы- тяжке .
Мышление -*4i Предисловие ФИЗИКА НА ПАЛЬЦАХ Никонов А.П. У моего знакомого есть сын лет шести. И вот однажды папа, пребывая в благо- стном расположении духа, ему и говорит: «Ну, сынок, спроси меня что-нибудь, а я тебе отвечу!» — Я-то по наивности думал, — рассказывал мне потом огорченный папа, — что он спросит меня, отчего ветер дует или еще какую-то ерунду, и я ему триум- фально отвечу. Но он задал три вопроса: «Откуда взялся мир? Откуда взялась наша планета? Откуда взялись на ней люди?» И я понял, что моих знаний просто не хватит для ответа ни на один из этих вопросов. Так вот, чтобы папы не подрывались, как на минах, на таких вопросах, а дети не ввергали своих родителей в подобный конфуз, я и решил написать серию книг, популярно отвечающих на подобные вопросы. Публикация, которую вы читаете — о физике. Самая главная наука — это физика, друзья мои! На физике, как на фундаменте, стоят все прочие науки, образуя своеобразную пирамидку наук — химия, биология, психология и пр. Потому что физика изучает основу основ — материю, из которой все в этом мире сделано. А как называется ось этой пирамидки, на которую насаживаются разноцветные
кругляшки наук? Хороший вопрос! Ось пирамидки называется эволюцией. И блинчики наук на эту ось нанизываются по степени усложнения вещества, которое они изучают, по мере продвижения от мертвой материи к мозгу и разуму. Внизу — физика. Выше — хи- мия. Потом — органическая химия. Затем — биохимия. Потом биология. И заканчи- вается все науками, изучающими высшую нервную деятельность — нейрофизиология, психология... Но в базе всего лежит физика, так как все сделано из материи, а физика изучает именно ее. Потому я и назвал физику самой главной наукой. При этом и самая страшная наука — тоже физика! Физику многие боятся, как огня, считая трудной. Однако понимание зависит от способа изложения. Я очень жалею, что в моем детстве не было такой книги, как эта: если бы я ее прочи- тал, ходил бы в школу с радостью и интересом, а не отбывать 10-летний срок. Думаю, мою книгу будут читать не столько взрослые, сколько дети, поэтому по мере изложения я буду обращаться именно к ним, так как дети важнее взрослых. Но эту книгу втайне рекомендуется прочесть и взрослым, чтобы не попасть впро- сак и не спасовать при неудобных вопросах резко поумневшего ребенка. Моя книга поможет детям не бояться физики и лучше успевать по этому предме- ту, а взрослым вернет в голову то, что туда недоложили в детстве из-за актив- ного сопротивления. Кроме того, взрослым эта книга позволит по-иному взгля- нуть на мир. Впрочем, этой свойство всех моих книг. Поехали?.. ЧАСТЬ I. ИЗ ЧЕГО ЖЕ, ИЗ ЧЕГО ЖЕ... Что такое свет? Почему не всякая радиация вредна? Почему небо синее, а за- кат красный? Из чего сделана молния и что такое огонь? Почему далекие предме- ты кажутся нам маленькими, а при сближении словно вырастают в размерах? Отче- го светят звезды? Что такое время? Чем порядок отличается от беспорядка? Из чего сделано тепло? Почему, если предоставить какую-нибудь вещь самой себе, она когда-нибудь, в конце концов, разрушится? Что такое тепловая смерть?.. На все эти вопросы отвечает физика. Обычно изучать физику начинают с механики. Видимо, потому, что так истори- чески сложилось, ведь человека окружает мир твердых тел, с них он и начал путь познания, набивая по дороге знаний шишки о те самые твердые предметы. Но мы с вами начнем с элементарных частиц. То есть с азов — с тех мельчай- ших частичек вещества, из которого это вещество и складывается. Если вы не против, конечно... Глава 1. Откуда взялись атомы и зачем они нужны? Атомы придумали древние греки. Так уж вышло, никто не виноват. Впервые мысль о том, будто все вещество состоит из мельчайших неделимых частичек, выдвинули именно жители Древней Греции. И я вам по секрету скажу, большого ума для рождения этой идеи не требовалось! Древняя Греция — детство человечества. А любой ребенок в состоянии задуматься: что будет, если я начну вещество делить все дальше и дальше? Ну, например, кусочек сахара или мела? Неужели этот процесс будет происхо- дить до бесконечности? Если до бесконечности, то есть до беспредельно ничтож- ных размеров, то фактически получается, что все вещество состоит из пустоты? Или все-таки когда-то я доберусь до самого маленького неделимого элемента ве- щества?
Но что значит неделимого? А если по нему ударить хорошенечко? Может, он и разделится, но уже не будет обладать свойствами указанного вещества — вот что имеется в виду. Кстати, а что такое свойства? И какие они бывают? Веществ разных в мире много. Есть камень, стекло, вода, железо, дерево, пластмасса... И у всех веществ разные свойства — твердость, цвет, плотность, хрупкость, способность проводить электрический ток, нагреваться и так далее. Дерево плавает, а железо тонет. Дерево горит, а железо нет. Железо проводит электричество, а дерево нет. У железа высокая теплопроводность, попробуйте сунуть гвоздь в огонь — через очень короткое время он нагреется так, что его станет невозможно держать в руке. А вот горящую деревянную палочку (например, спичку) можно держать в руках долго — до тех пор, пока огонь не доберется до пальцев. Потому что у дерева теплопроводность очень низкая, очень плохо оно проводит тепло. А железо и все прочие металлы — отлично! А кроме теплопроводности есть еще такое свойство, как теплоемкость. Это способность вещества накапливать тепло. Возьмите тонну воду и тонну золота и нагрейте градусов до 50 С. Вода потом будет еще долго-долго оставаться теп- лой , а золото очень быстро остынет. Не запасает оно тепло. Низкая у золота тепловая емкость. Зато золото гораздо плотнее воды! Представьте два одинаковых по размеру ку- бика из золота и воды... Не знаете, как сделать кубик из воды? Ну спросите па- пу, он поможет — разольет воду в специальную форму, похожую на вафлю, сунет в морозилку, потом вытащит замороженную воду в виде кубиков, один кубик отдаст вам, погладив по голове, а остальные бросит себе в бокал с алкоголем. После того, как папа станет добрый, попросите у него еще такой же по размеру кубик золота. И когда папа достанет его из кармана, возьмите два полученных кубика и быстро бегите взвешивать, пока ледяной кубик совсем не растаял. Кстати, вот еще одно характерное свойство вещества — температура замерза- ния. Результат взвешивания покажет, что золотой кубик примерно в 20 раз тяжелее ледяного. 20 ледяных кубиков уравновесили бы на весах один золотой. Потому что золото плотнее. Физики говорят так: у золота выше плотность. Плотность — это количество вещества в одном объеме — например, в одном стакане, кубиче- ском сантиметре или одном кубическом метре. Один кубический метр воды весит одну тонну, а кубометр золота чуть ли не 20 тонн. Не всякий поднимет! Золото Железо Вода i т = 19300 кг т = 7800 кг т = 1000 кг Сосна Воздух i т = 400 кг т = 1,3 кг Одинаковые кубики разных веществ весят по-разному.
И раз уж пошла такая пьянка (у папы), я вам больше скажу, друзья мои! Зря мы соблазнили папу и замораживали воду, переводя ее в твердое состояние. По- тому что плотность твердой воды (льда) отличается от плотности жидкой воды. Плотность льда чуть меньше, чем плотность воды, поэтому твердая вода в жидкой воде плавает словно дерево — вы сами сто раз видели, как лед плывет по реке. Дерево плавает в воде по той же причине — его плотность меньше плотности во- ды. Одно и то же вещество может находиться в разных состояниях. Как известно любому мальчику, дяденьке и пенсионеру, одно и то же вещество — вода, например, — может находиться в разных состояниях. Вода может быть жидкой. Такой она бывает, корда тепло. Вода может быть твердой, когда холод- но . И она может быть газообразной или, попросту говоря, газом. Газообразная вода называется паром. Если воду налить в кастрюлю и начать нагревать, в кон- це концов, она вся выкипит. То есть превратится в водяной пар. Ну и черт с ней! Не жалко, еще из крана нальем. У каждого вещества своя температура замерзания (она же температура плавле- ния) . Температура замерзания/плавления воды — ноль градусов по Цельсию. Тем- пература кипения — 100 градусов. Как же так удивительно получилось? Что за чудесное совпадение? Почему так ровно — ноль и сто? Эта вода нарочно что ли так себя ведет для нашего удобства? Неужели сама природа об этом позаботи- лась? Нет, конечно. Просто тот мужик по имени Цельсий, который придумал градусную шкалу, нарочно принял за ноль градусов температуру замерзания, а за сотню — температуру кипения воды. Оттого нам теперь и удобно. А вот другой дядька по имени Фаренгейт придумал другую температурную шкалу, крайне неудобную — по Фаренгейту вода замерзает при +32 С, а кипит при +212 С. Это отвратительно! Шкалой Фаренгейта теперь пользуются в Америке. Все у них не как у людей... Но как же он так опростоволосился, этот Фаренгейт? Я вам отвечу. Вместо во- ды он замораживал смесь воды, нашатыря и соли. А за сто градусов принял... ду- маете , температуру кипения этой смеси? Нет! Температуру человеческого тела. Причем, что интересно, в качестве тела он использовал собственную жену. У ко- торой в то время температура была повышенная, поскольку она болела. Очень не- простой был парень этот Фаренгейт! Вообще температурных шкал довольно много, и все они названы в честь физи- ков, которые их придумали — шкала Реомюра, шкала Кельвина, шкала Делиля, шка- ла Ранкина... Но мы с вами в быту пользуемся только шкалой Цельсия. Она очень удобна. Летом температура имени Цельсия плюсовая, зимой минусовая, все пре- красно и привычно. На улице минус двадцать? Мороз! Плюс тридцать? Жара!.. А под мышкой? У здорового человека 36,6 градуса. Выше — заболел. Ниже — помер. В общем, самых разных свойств у разных веществ целое море. Веществ же на свете еще больше. И каждое вещество характеризуется своим набором свойств. 1ПП°Г-И- Температура _И_1120г 1VW ^ ™ кипения воды ™ *х* ж зГс ■ Температура ■ 98,6° F ™ тела человека ™ м Температура м „ 0 С-Щ- замерзания воды~ш~ 32 F Два термометра — Цельсия и Фаренгейта. Какой вам больше нравится?
Теперь дальше следите за мыслью древних греков — как они додумались до ато- мов . Килограмм одного и того же вещества имеет такие же свойства, как и полкило, что понятно: и большое оконное стекло пропускает свет, и маленькое обладает свойством прозрачности. И короткий кусок медного провода пропускает электри- ческий ток, и длинный электропроводен. И маленький кусок дерева плавает в во- де , и большой. От размеров свойства не зависят. Но действительно ли не зависят? Есть ли предельный по малости кусочек вещества, который еще обладает свой- ствами этого вещества, а после дробления — уже не обладает, и мы получим не- что другое? Есть, решили греки и назвали его атомом! Мне кажется, к этому соображению их привели следующие рассуждения. Вот смотрите... Из двух разных веществ можно сделать третье — с совершенно другими свойствами, которыми не обладают первые два. Ну, например, можно в расплавленную медь добавить другой металл — олово. И получится сплав под на- званием бронза, который обладает особой твердостью, которой ни медь, ни олово по отдельности не обладают. Бронза тверже меди и тверже олова. Значит, если мы будем долго делить бронзу на части, в конце концов останется самая малая частичка бронзы, которая уже при делении распадется на медь и олово. И бронзы уже не будет. Логично? Но отсюда один шаг до следующей идеи — а может, все вещества в мире тоже состоят из более простых элементов? И быть может, элементов этих не так уж много? Как из цветной мозаики или нескольких красок можно сделать бесконечное множество картин, как из малого числа букв можно сделать сотни тысяч слов и миллионы разных книг, так и из ограниченного числа этих элементов складывает- ся бесконечно множество веществ? Богатая идея. Древняя Греция — это, как я уже сказал, детство человечества. Никаких наук в нашем понимании этого слова тогда еще не было. Греки практически ничего не знали о строении вещества, но зато много фантазировали, пытаясь силой мысли проникнуть в самую суть вещей. И додумались до следующей картины мира... Они решили, что все огромное разнообразие самых разных веществ в мире на самом деле состоит их четырех простых элементов — земли, воды, огня и возду- ха. Милые смешные греки! Они, конечно, ошибались, но их ошибка была гениаль- ной. Греки сделали большой шаг вперед — отказались от мифологических, религи- озных объяснений и применили к познанию мира научный принцип анализа, начали говорить о взаимопревращении веществ. Направление их мысли оказалось верным, и в дальнейшем наука подтвердила: действительно все многообразие мира склады- вается из простейших составляющих. Эти «простейшие вещества» так и назвали «элементарными» или просто «химическими элементами». Сколько же существует элементарных веществ? Не буду вас томить, отвечу сразу — около сотни. Не так уж мало. Многие из них вы знаете. Золото, например. Железо. Свинец. Вообще, все известные метал- лы — это химические элементы, то есть простейшие вещества. И многие газы. А сталь? Сталь — это сплав двух элементов — железа и углерода. В чистом ви- де железо нигде не используется, поскольку оно мягкое. Углерод же вы прекрас- но себе представляете, он является основой угля (поэтому так и называется — «углерод», то есть «рождающий уголь»). Соединение железа и углерода дает нам сталь или чугун (в зависимости от количества добавленного в железо углерода, если мало углерода — сталь, много — чугун). А воздух? Воздух, которым мы дышим, тоже «сплав», точнее, смесь разных га- зов , среди которых кислород, азот и углекислый газ.
Кислород и азот — химические элементы, то есть простейшие вещества. А вот углекислый газ — сложное вещество, состоящее из двух простых элементов — ки- слорода и углерода. Одна частица углекислого газа состоит из одной частицы углерода и двух частиц кислорода. На рисунке это прекрасно видно. Химики записывают углекислый газ короткой формулой — СОг. Понять фор- мулу немудрено: один атом углерода (С) и два атома кислорода (О). А вода — составное вещество или элементарное? Вода вещество составное. Она сделана из двух элементарных газов — водорода и кислорода: одна частица воды состоит из двух частиц водорода и одной части- цы кислорода. Самая маленькая частица воды называется молекулой. И не только воды, кстати. Самая маленькая частица любого сложного вещества называется мо- лекулой. А самая маленькая частичка элементарного вещества называется атомом. Молекулы строятся из атомов. Так, молекула воды сделана из двух атомов водорода и одного атома кислоро- да. А водород так назвали именно потому, что он рождает воду. А н н Молекула воды — Н20, то есть два водорода (Н) и один кислород (О) . Воду можно дробить на капельки не бесконечно — в конце концов у нас оста- нется самая маленькая частица воды — молекула. И если разделить молекулу во- ды , она развалится на кислород и водород. То есть на атомы. Еще раз: молекулы сделаны из атомов. Атомы — простейшие, неделимые, элемен- тарные вещества, а молекулы — вещества сложные, составные. Что же у нас получается? Получается, что атомы — это детальки конструктора, из которых собираются разные вещества. Деталек довольно много, около сотни, но все же ограниченное количество. Однако из них можно собрать тысячи, миллионы разных конструкций! Самые сложные молекулы содержатся в нашем теле. Они могут состоять из мил- лионов атомов! А как определить, что перед нами — элементарное вещество или сложное? По- нятно, что если речь идет о живом веществе, то оно не просто сложное, а очень навороченное! А если нет? Вода, золото, соль, серебро, свитер, резина, майо- нез, бумага — как узнать, это составные вещества или элементарные? Да очень просто! Взять и посмотреть в специальную табличку. Там все детали мирового «конструктора» прописаны. Это очень знаменитая табличка! Ее составил
один умный русский дядя по фамилии Менделеев. С тех пор она так и называется — таблица Менделеева. Дмитрий Иванович Менделеев очень любил заниматься химией. Помимо химии, у Иваныча было еще одно увлечение, — старик очень любил делать чемоданы. Я вообще рекомендую вам, если вы родитель, купить ребенку, наряду с геогра- фической картой мира, столь же большую таблицу Менделеева и повесить в дет- ской комнате. А если вы ребенок, строго возьмите папу-маму за палец, отведите в ближайшую субботу в большой книжный магазин и потребуйте незамедлительного приобретения таблицы Менделеева с последующим размещением ее на вашей любимой стенке — ря- дом с картой мира. Периодически к таблице нужно подходить, вдумчиво смотреть на нее, выискивать какой-нибудь элемент и читать про него. А потом рассказы- вать маме, поражая ее невероятным умищем. После чего как бы невзначай просить немного денег на карманные нужды. Знания должны приносить доход! Период 1 2 3 4 5 6 7 Ряд 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ГРУППЫ ЭЛЕМЕНТОВ | I (Н) Лита* Na " Натрий К ■• Калмй 2W <* Май* 47 А* Оцмбро Се »» Цаэа* 79 Аи Fr »7 II Be 4 Варохаай MgMJ5 Магмяй Ca 2° ^в 40.09 Кадьцай Sot Zn Цате Sr ** Строашкя Кадмий Ba м Вара* Su.Hg Piyib Ra M Punt VL Cn in Бор Al ,3 л* 26.9815 Алюминий 21 Sc 44.94* OC Отатцттй) Пя 31 Ua 69.72 Галлий 99 V ИпраД In 49 Ж" 114.92 И иди й 57 La* 139.91 *•" Лактам Т1 81 * * 204.37 Таллий 80 Ас** Ахтиимя Nh 113 ■*м [296] Нихомий IV С в ^ 12.01115 Углерод с; и *^Ж 28.086 Кремний 22 ТЧ I4TJ0 Х1 Тагам Ge 32 ^С 72.59 Германий 40 Zr ЦнрщиднЯ Сп 50 Олоао 72 Wf Гафая* РЬ 82 *^U 207.I9 Свинец 104 Rf rMHrwIwifiiil • ^■^м^9^^"9а»а«,иа) р| 114 Фпероами V N 7 A^ 14.0067 Aw p is * 30.9738 Фосфор 23 V 90.942 T ВаладнД Ac 33 ^ 74.9216 Мышьяк Haofeft ^h bl &D 121.75 Сурьма 7* Та Таатад Bi 83 *** 208.980 Висмут |H». ПК \ Д*С«ай Mc 115 Московии VI 0 8 W 15.9994 Кислород s ,б ^ 32.064 Сера 24 Cr 61.999 ^r Хром Se 3< OC 78.96 Селен & Мо МоляДш Те 52 Ж,? 127.60 Теллур 74 W ВомфрвМ Po 84 Полоний 106 С* Lv "• Лидермории VII H ■ ** 1.0*7*7 Bqjmmoih F 9 Ж 18.9984 Фтор ^Ж 35.453 Хлор «.«to*111 Маргадммд Вг 35 4,1 79.904 Бром ^Тажаацвй I 53 Ж 126.9044 Иод 75 Re ISM *** Ptomft At 85 Астат 107 ВЬ |М2) OIi Bopaft Ts ,17 Теммессим VIII Не 4М*\ Пмий Ne ,0 Х^С 20.179 Неон Аг ,8 <ГЖЖ 39.948 Аргон 26 Fa Жшааао Кг м ЖЖЖ 83.80 Криптон 44 Ru РутаваЯ Хе м 'Ж,? 131.30 Ксенон 7* Os 190Д 4ja OpmhW Rn M AV" |222) Радон (MS) <Ив Хассий Од ,£, Огаиесон Обозначение Атомный элемента номер 1 1 1 I 1 3 bl 6.939 Литий i 1 1 Относительна* атомная масса %п» С° Родий 77 Тг 192Д жг Ирядя* 109 Mt |teej W1,r Майтмармй 28 Ni •$,71 ^* Нмхаль | 46 Pd 109.4 ГЩЛ ИлдллммЛ 78 Pt Пмтхва | 110 Ds ИашаатааГ [ij" ■3 <! • u Ca Тормй •1 Ра во Nd Нмяяи •2 IJ Урм 61 Рт м^ Np Наятумма Самаре! 04 Рц 08 EU Вароояй »* Am 1«49!^! АмараишЙ •« Gd •• Cm «si xb Барклай M Dy » cf Wo Годкмк* «в Ев :В2доил ев Ег loo Fm •^fil 10J7 Md 1наишааава1Й то Yb Иттарваш 102 N0 ji La ЛмпцаЯ Доураяснй! Таблица химических элементов Менделеева. И еще... Никого не должен смущать тот факт, что мы некоторое количество букв и времени уделим химии. Потому что химию можно с полным правом назвать одним из разделов физики — вот так! Ну, а пока на стенке большой таблицы у вас нет, посмотрите на нее здесь. Таблица красивая, как мозаика. Это химическая палитра. Это краски, которыми нарисован мир. На цифры и буквенные обозначения элементов пока никакого вни- мания не обращайте, просто почитайте для интереса названия химических элемен-
тов, их которых сделан весь наш мир — миллионы разных веществ, звезды, плане- ты , мы. Поищите знакомые. Найдите золото. Найдите свинец, серебро, железо. Поищите кислород, который необходим нам для дыхания. (Химические элементы в табличке для краткости обозначаются буквами латин- ского алфавита и являются простыми сокращениями латинских слов. Например, зо- лото на латыни «аурум», оно так и обозначается — Аи от латинского aurum. Сви- нец по-латински «плюмбум» — РЬ. Серебро — Ад от латинского «аргентум». И так далее. Запоминать ни в коем случае не надо! Оно само потом запомнится так, что не отлепишь.) Теперь, если вам нужно определить, какое вещество папа налил в рюмку — сложное или элементарное, — достаточно поискать его в таблице. Например, папа налил в рюмку кефир. Ищем в таблице Менделеева кефир. Есть он там, среди про- стейших веществ? Нету тут никакого кефира! Значит, кефир — сложное вещество, сконструированное из простейших элементов, которых всего около сотни, и все они у нас теперь как на ладони. Спасибо старику Менделееву! Сразу скажу — чего бы вы ни хватились, в таблице Менделеева вы, как прави- ло , этого не найдете. Нет там воды, стекла, мела, пластмассы, дерева, кожи, селедки и прочих ты- сяч веществ и существ. Вывод? Он прост: нас окружают сложные вещества — их кругом миллионы! А вот простые вещества из таблицы Менделеева вокруг себя еще поискать нужно — какую-нибудь алюминиевую ложку или отрезок медной проволоки, кусочек свинца, мамино золотое колечко, воздушный шарик, внутри которого на- качан газ гелий (найдите перечисленное в таблице)... В общем, принцип понятен: из атомов простейших веществ (химических элемен- тов) , которые дедушка Менделеев смел своей бородой в табличку, собираются мо- лекулы сложных веществ. Вода, как мы уже знаем, собрана из двух атомов водо- рода и одного атома кислорода. Ну а, например, соль? Та самая белая поварен- ная соль, которая хранится у вас дома в солонке? Это сложное вещество. Молекула соли состоит из одного атома металла по име- ни натрий и одного атома газа по имени хлор. Нашли их в таблице? Натрий — очень редкий и мягкий металл, его можно ножом резать. Если кусок натрия бросить в воду, то лучше сразу убежать подальше. Потому что натрий за- шипит, начнет бегать по поверхности воды, выделяя белый дым, затем вспыхнет и загорится ярким пламенем, а потом и вовсе взорвется, если кусок достаточно велик. Очень активный металл! А хлор — это очень ядовитый газ. Этот газ во время Первой мировой войны применяли для удушения противника — дожидались, когда ветер подует в сторону врага и открывали вентили баллонов. Газ несло ветром на вражеские окопы и на- дышавшиеся солдаты гибли. (Подробнее об этом вы можете почитать чуть дальше, в специальном разделе, посвященном газам.) Но каков фокус! Из двух таких крайне агрессивных веществ, как натрий и хлор, получается вполне безобидная и даже полезная соль. Металл — блестящий, взрывающийся, он проводит электрический ток. Газ — ядовитый, зеленоватый и летучий. А соль? Вы ее прекрасно видели — белая, неопасная, не летучая и не ядовитая, ее можно есть. И никакого электрического тока она не проводит. Со- вершенно другие свойства! По научному поваренная соль называется хлоридом натрия и записывается хими- ками так — NaCl (натрий хлор). Как устроен кристаллик хлорида натрия? Вот он, на рисунке, посмотрите. Зе- леные шарики — это атомы хлора, а желтые — атомы натрия. Кто-то может спросить: — А почему белые шарики больше серых? Неужели атомы газа хлора больше, чем атомы металла натрия? Именно так!
Кристаллик поваренной соли. Посмотрите в волшебную таблицу старичка на букву М. — чем ниже и правее атом, тем он больше по размеру и тяжелее. Чем он левее и выше — тем легче. Почему это так, мы поймем немного позже, когда вы с помощью этой книги по- знаете, как устроен мир до таких глубин, коих не знает в вашем возрасте ни- кто. Дошкольники и школьники младших классов не знают, потому, что им не попа- лась такая чудесная книга, как эта. Взрослые — потому, что все уже давно забыли. А школьники старших классов — потому, что дурака валяют на уроках вместо того, чтобы учиться. Один вы умный и хороший. Теперь, умный и хороший, еще раз гляньте на картинку соляного кристаллика. То, что вы видите, называется кристаллической решеткой. Вот этот кубик, эта вот жесткая пространственная структура, в которой атомы находятся каждый на своем месте и неподвижно стоят там, как солдаты в строю, носит гордое звание кристаллической решетки. Именно жесткостью этой решетки и объясняется твер- дость вещества. Кристаллическую решетку называют решеткой, потому что она похожа на решет- ку . Вот так вот все сложно в этой физике! Молекулы воды, когда она превращается в лед, выстраиваются именно в форме такой вот жесткой решетки. Поэтому лед твердый. А когда вода жидкая, как расположены молекулы?.. А когда вода жидкая, ее молекулы расположены в хаотическом беспорядке, они суетятся, толкаются друг с другом, меняются местами — в общем, ведут себя, как толпа в метро. Они все еще тяготеют друг к другу, но уже очень подвижны от накачанного тепла, поэтому вода жидкая. Ткнул в нее пальцем и легко раз- двинул молекулы. А в льдышку с ее жесткой кристаллической решеткой сколько пальцем ни тыкай, толку будет мало, если не считать сломанного пальца. А если вода превращается в газ и вылетает из носика чайника в атмосферу, что происходит тогда?.. А вот тогда она полностью теряет всякую структуру. У любого газа, включая водяной пар, молекулы уже не притягиваются друг к другу, а стремятся разбе- гаться во все стороны. Расстояние между ними становятся во много-много раз больше, чем в жидкости, поэтому газ такой неплотный и летучий. Его молекулы можно сдержать вместе только в какой-нибудь оболочке, типа баллона или воз- душного шара. Но стоит в оболочке образоваться дырке, как молекулы начинают оттуда разлетаться.
То, что чуть выше написано касательно жидкости, было прекрасно продемонст- рировано еще в XIX веке английским ученым по фамилии Броун. Интересно, что Броун не был физиком, а был безобидным ботаником, изучал растения и свое от- крытие в физике сделал случайно. Броун изучал под микроскопом пыльцу растений и заметил, что маленькие час- тички пыльцы, находящиеся в воде, все время дрожат и немного двигаются то в одну сторону, то в другую. В общем, они хаотически, то есть беспорядочно, пе- ремещаются , словно живые. Позже выяснилось, что так же ведет себя не только пыльца растений, но и любое вещество, растертое в мельчайшую пыль. Оказалось, хаотичное движение пылинок, их дерганье туда-сюда вызывается беспорядочным движением молекул воды, которые барабанят в пылинку. Конечно, даже самые микроскопические пылинки любого вещества — настоящие гиганты по сравнению с молекулами воды! Молекула по сравнению с пылинкой — все равно, что кошка по сравнению с небоскребом. Кошка не может сдвинуть небоскреб. Пы- линка состоит из миллионов и даже миллиардов молекул. Но ведь и вокруг пылин- ки тоже беспорядочно мечутся миллионы и миллиарды молекул воды! И когда в ка- кой-то момент с одной стороны пылинку случайно толкает чуть больше молекул, чем с другой стороны, она чуть смещается в ту сторону. Потом в другую. Так и ползает туда-сюда, беспорядочно дергаясь каждую секунду туда, куда ее стука- нуло больше молекул. В честь первооткрывателя этого явления ботаника Броуна подобное бессмыслен- ное движение частичек в воде называют броуновским движением. Оно и вправду совершенно бестолковое, случайное. Теперь вот какой вопрос. Понятно, что все молекулы любого вещества имеют свойство притягиваться друг к другу. Иначе вещество просто разваливалось бы на молекулы. А так все вокруг прекрасно существует и не разваливается. Стоит шкаф и не рассыпается на молекулы. Почему же тогда у молекул газа это свойство притяжения теряется? Если воду превратить в газ, она разлетится во все стороны... Все дело в том, что у газа процесс притяжения молекул полностью пересилива- ется другим процессом. Каким? Отталкиванием, что ли? Но разве могут частички вещества одновременно обладать свойством и притяжения, и отталкивания друг к другу? Разгадка в том, что в твердом веществе молекулы вещества почти неподвижны. Они находятся в узлах кристаллической решетки, сцепившись, и только чуть-чуть трясутся. Оттого твердое вещество такое прочное. В жидкости же скорость моле-
кул больше, и они уже не удерживаются в плотной застройке структурной решет- ки , а топчутся бесформенной толпой. А вот в газе скорость молекул еще больше. Она такая большая, что молекулы просто проскакивают друг мимо друга, посколь- ку мечутся с огромными скоростями. Эти скорости молекулам сообщает нагрев. Нагрели лед — он растаял. Нагрели воду — закипела, превратилась в пар. Но что такое нагрев и что такое тепло? К этому вопросу мы еще вернемся, а пока вот вам наилучшая аналогия твердого, жидкого и газообразного. Дети в классе — это кристалл. Они сидят за партами по своим ячейкам решет- ки , образованной рядами парт. Дети на уроке физкультуры — жидкость. Они бегают по всему залу, прыгают, но из зала не выходят, а держатся все вместе, одним классом. А вот хаотичные дети на переменке — это сущий газ! Класс распадается, и ужасные дети, приобретя энергию безумия, начинают носиться по всей школе, сталкиваясь друг с другом в броуновском движении и норовя сбить с ног толстые пылинки случайных взрослых посетителей или учителей. Так они и будут носить- ся , пока их не заморозит школьный звонок. Газы! Кислород 02 Самый важный для человека газ. И не только для человека. Все живое на Земле дышит кислородом. Без кислорода человек может существовать всего несколько десятков секунд. Раньше была такая казнь — через удушение: человеку затягива- ли горло веревкой, перекрывая доступ кислорода в легкие, и организм переста- вал функционировать. Атомы кислорода держатся парами, образуя одну молекулу кислорода, поэтому сей газ обычно записывают с маленькой двоечкой внизу (см. выше). Кстати, то же самое касается и многих других простейших газов. Земная атмосфера на 21 % состоит из кислорода, что весьма недурственно. — 78 % — 21 % — ~1 % -0,05 % ■ Азот ■ Кислород П Аргон ПУглекислый газ Состав воздуха. В нашем организме кислород участвует в процессе окисления разных веществ. Окисление — научное название горения. Дрова в костре окисляются, то есть го- рят, и мы видим результат этой бурной реакции в виде пламени. При этом выде- ляется много тепла и света. Можно сказать, что горение происходит и внутри человека, только без огня, потому что оно очень медленное и неспешное. А топ- ливом для внутреннего костра является проглоченная нами пища. Кстати говоря тот факт, что человек теплый — результат внутреннего медленного горения, то есть реакции окисления.
Водород Н2 Самый легкий газ на свете. Поэтому раньше, до эпохи самолетов, им наполняли дирижабли. И точно так же, как легкие деревяшки всплывают из-за того, что де- рево легче воды (точнее было бы сказать, что дерево менее плотное, чем вода) — так и дирижабль, наполненный легким газом, всплывает в более плотной атмо- сфере . Он ведет себя, как деревяшка в воде. Дирижабли, наполненные водородом, сто лет назад перевозили пассажиров, со- вершая трансатлантические рейсы из Европы в Америку. Но поскольку водород очень горючий газ, порой из-за случайно искры случались ужасные катастрофы. Наиболее известная из них — катастрофа, случившаяся с «Гинденбургом». Это был самый большой воздушный корабль в мире. Размером он был практически, как «Титаник» — самый большой в мире на тот момент пассажирский корабль. И обоих гигантов постигла печальная участь: «Титаник» утонул, столкнувшись с айсбергом, а «Гинденбург» сгорел, встре- тившись со случайной искрой. Случилось это так... Вечером 6 мая 1937 года «Гинденбург», перелетевший Атлантический океан, на малом ходу подруливал к посадочной мачте в Нью-Йорке. Его пассажиры любова- лись городом, а внизу горожане глазели на летящую махину дирижабля. И посмот- реть было на что! Воздушный гигант был оснащен четырьмя дизельными двигателями марки «Дайм- лер-Бенц», каждый из которых имел мощность в 1200 лошадиных сил. Дирижабль мог поднять 100 тонн полезной нагрузки (то есть, не считая пассажирского са- лона, разного оборудования, моторов и дизельного топлива, коего на борту было 60 тонн). С помощью пропеллеров «Гинденбург» разгонялся в безветренную погоду до 135 километров в час. Не очень большая по нынешним временам скорость, ко- нечно. Но по сравнению с пароходами это все-таки большой прогресс, ведь ско- рость того же «Титаника» была всего 40 км/ч и считалась большой. Правда, «Ти- таник» брал на борт больше тысячи пассажиров, а «Гинденбург» всего 72. Дирижабль в Германии отвязывали от причальной мачты, легкий газ водород поднимал махину вверх, включались моторы, и пропеллеры тащили корабль вперед, в Америку. Полет через океан длился не неделю, как на пароходе, а всего три ночи и два дня, которые пассажиры проводили с комфортом. Конечно, бассейна, как на «Титанике», на дирижабле не было, но были вполне комфортабельные каю- ты, ресторан, библиотека, музыкальный салон, прогулочная палуба и даже кури- тельная комната. Да-да, курительная комната! Несмотря на страшную опасность пожаров из-за большой летучести и горючести водорода, конструкторы понимали, что два дня курильщикам без курения не продержаться. Поэтому оборудовали курительный са- лон. Именно там и находилась единственная на борту электрическая зажигалка, не дававшая открытого пламени. Техника безопасности строго соблюдалась: перед входом на борт все, включая членов экипажа, сдавали зажигалки и спички, а внутри курительной комнаты создавалось избыточное давление, чтобы чрезвычайно летучий и постоянно просачивающийся через оболочку водород не мог проникнуть в курительный салон. Входили в курительную комнату через особый шлюз, вырав- нивающий давление. Несмотря на то, что огромный водородный баллон обладал большой подъемной силой, конструкторы экономили каждый грамм веса, поэтому пассажирский салон дирижабля был для облегчения сделан из самого легкого доступного металла — алюминия. И даже рояль в музыкальном салоне был алюминиевым. Что понятно: чем меньше необходимой нагрузки, тем больше полезной. Кстати, найдите-ка в таблице бородатого Менделеева этот самый металл — алю- миний. Нашли? Видите, где он там находится? Ближе к верхнему левому углу. Чем левее и выше вещество в таблице, тем оно легче (менее плотное). А самое лег- кое какое вещество в мире? Посмотрите в табличку...
Правильно, водород! В общем, как уже было сказано, водородный пузырь «Гинденбурга» подлетал к Нью-Йорку. Из-за сильного встречного ветра он опаздывал почти на 10 часов, и это было не единственной неприятностью — на месте посадки бушевала гроза. Что и послужило причиной катастрофы. Очередной разряд вызвал вспышку водорода, и несчастный «Гинденбург» сгорел за считанные секунды. Из 97 человек, находя- щихся на борту немецкого дирижабля (пассажиры и члены экипажа), погибло 35. При спасении людей большое мужество проявил немецкий пилот Эдуард Боециус. Находившийся в то время у власти Гитлер даже наградил его за отвагу. Гибель дирижабля «Гинденбург». Но пожар на «Гинденбурге», как мы уже знаем, не единственная катастрофа с водородными дирижаблями. В 1913 году в Германии сгорел дирижабль LZ 18. Погибло 28 человек. Пятью годами позже над островом Мальта сгорел дирижабль военно-воздушных сил Германии LZ 104. Он готовился бомбить британскую военную базу, но не ус- пел — водородный пузырь охватило пламя, он взорвался и унес жизни более два- дцати человек. В 1922 году в США сгорел, задев высоковольтную линию, армейский дирижабль. Погибло 34 человека. На следующий год над Средиземным морем из-за удара молнии взорвался фран- цузский дирижабль «Диксмуд». Погибло 48 человек. В 1930 году вспыхнул и взорвался огромный английский дирижабль R101. Это был его первый дальнемагистральный перелет. Погибло почти пятьдесят человек. А можно ли было чем-то заменить взрывоопасный водород? Да, есть другой лег- кий газ — гелий. Найдите его в таблице Менделеева... Газ гелий, правда, в 2 раза тяжелее (правильнее сказать, плотнее) водорода, а значит обладает мень- шей подъемной силой, но зато он совершенно не горючий! . . Правда, в ту пору, когда сгорел «Гинденбург», месторождения, на которых шла добыча гелия, были открыты только в США. А американское правительство не хотело снабжать ценным газом гитлеровское правительство. Почему же сами американцы не стали строить гелиевые дирижабли? Потому что к тому времени эти воздушные динозавры проиграли эволюционную гонку более юрким самолетам, скорость которых была много выше, чем у громоздких дирижаблей. А что же водород? Он не исчез с технической арены. Многие предрекают ему большое будущее. Считается, что водород может стать топливом для наземного
транспорта завтрашнего дня. Он будет сгорать в автомобильных двигателях вме- сто бензина. По сравнению с бензином у водорода есть большое преимущество — при его окислении (горении) не образуются вредные вещества, а получается только чистая вода. Хлор С12 Зеленоватый ядовитый газ. Открыли его еще в XVIII веке, но широкомасштабно применить придумали только в начале ХХ-го, во время Первой мировой войны — для удушения солдат противника. Идея была грамотная, но немецкие военные в нее не верили, считая каким-то чудачеством ученых. Они привыкли к осязаемой смерти — пуля, снаряд, штык... А тут какой-то раз. Несерьезно. Однако боевой эксперимент решили провести, жда- ли только попутного ветра, который должен был подуть в сторону вражеских око- пов, а иначе свои задохнутся. Любопытно, что французы, против которых немцы воевали, знали о том, что немцы готовят какое-то новое оружие. В апреле 1915 года возле деревни Ланге- марк французские солдаты захватили в плен немца. Во время обыска у него были найдены зашитые в марлю куски ткани и пузырек с какой-то жидкостью. Это сочли перевязочными материалами и даже не обратили на них внимания. Однако на до- просе пленный немец сказал, что указанные предметы — часть подготовки для ис- пытания нового немецкого чудо-оружия. Солдат про оружие никаких подробностей, разумеется, не знал, но заявил, что оно представляет собой какие-то металлические цилиндры, зарытые на нейтраль- ной полосе ночью. И вот для защиты своих солдат от этого оружия немецких бой- цам и раздали марлевые повязки с пузырьками — ткань нужно намочить жидкостью из пузырька и через нее дышать. Французы немцу не поверили. А между тем их радиоразведка доносила, что не- мецкое командование в радиопереговорах очень интересуется погодой. Точнее ветром. Все время об этом говорят... Но и на эти донесения никто внимания не обратил. Между тем изобретатель нового чудо-оружия немецкий доктор Фриц Габер тоже с нетерпением ждал нужного ветра. Этот штатский человек в пенсне наивно пола- гал, что его оружие ускорит конец кровопролитной войны, поскольку быстро при- несет победу Германии. И вот 25 апреля, дождавшись устойчивого ветра в сторону вражеских окопов, немцы открыли вентили. Зеленоватые клубы хлора полетели в сторону французов. Те сначала ничего не поняли и с интересом наблюдали за приближением зеленова- того тумана, стелившегося вдоль поверхности земли. Затем они почувствовали неприятный запах. Потом резь в глазах. Затем удушье. Газ буквально выжигал легкие, глаза! Ослепшие солдаты бегали, кричали, падали, корчились в судоро- гах и умирали, умирали, умирали. Немногие тогда выжили. Вот как описывал выживших английский военный журна- лист : «Среди нас, шатаясь, появились французские солдаты, ослепленные, каш- ляющие, тяжело дышащие, с лицами темно-багрового цвета, безмолвные от страда- ний , а позади их в отравленных газом траншеях остались, как мы узнали, сотни их умирающих товарищей». Передовая перед наступающими немцами оказалась полностью очищенной от фран- цузских солдат. Но этот успех оказался столь неожиданным для самих немцев, которые хотели всего лишь провести боевые испытания, что они как следует не подготовились и не смогли воспользоваться своим успехом: в пробитую, точнее протравленную хлором брешь в обороне противника ввели лишь один пехотный ба- тальон. А могли через эту дырку, воспользовавшись эффектом неожиданности, взломать весь фронт! О том, что случилось, написали все мировые газеты. Сразу выяснилось, что
спастись от хлора не очень сложно — нужно дышать через повязку, смоченную раствором соды. А если нет соды, то хотя бы намочить портянку в ближайшей лу- же или просто помочиться на нее. Неприятно, конечно, но если жить захочешь, о брезгливости лучше забыть. Газовая атака на Сомме. Именно поэтому вторая газовая атака немцам уже не удалась. Они атаковали позиции французских союзников — канадцев, выпустив несколько баллонов с хло- ром по ветру. Канадцы вооружились мокрыми повязками и переждали ползущее об- лако , которое сначала накрыло их, а потом было унесено ветром в тыл. Когда же вслед за зеленым туманом на траншеи стали наступать немцы, их встретил плот- ный огонь канадских пулеметов. Стреляли те канадцы, которым с помощью мокрых повязок удалось выжить и сохранить зрение. Применяли немцы газовое оружие и против русских войск. В мае того же года они распылили 12 тысяч газовых баллонов по фронту шириной в 12 километров. После чего пошли в атаку. Русские потеряли 75 % личного состава, однако ос- тавшиеся в строю 25 % пулеметным огнем остановили противника. Впрочем, и самим немцам на своем веку пришлось «хлебнуть газку»! Во время одной из газовых атак со стороны французов молодой немецкий ефрейтор Адольф Гитлер был сильно отравлен и даже на время потерял зрение. Жалко, что не умер. Глава 2. Что такое тепло? Ой, ребята, в свое время ученые головы себе сломали, раздумывая над этим вопросом! Таких вопросов в истории науки было множество. Например, что такое время? Ну, в самом деле? Что такое вещество, мы понимаем, его можно потрогать, об него можно набить шишку. Ясно, что такое пространство. Это место, где вещест- во помещается. А вот что такое время? Что это за неуловимая субстанция та- кая? .. Мы ответим и на этот вопрос. А сейчас вернемся к теплу. Вот лежит холодное тело. Мертвый мужик. Нет, лучше кирпич. Да, холодный кирпич. А рядом другой такой же кирпич, но теплый. Или даже горячий. Чем они
отличаются? Температурой, говорите вы? А что это такое? Состав вещества у кирпичей один. Свойства одинаковые — цвет, хрупкость, по- ристость, плотность, шершавость и т. д. Но один кирпич теплый, а другой хо- лодный. Что такого есть в теплом кирпиче, что отличает его от холодного? По простоте душевной ученые прежних времен предположили, будто теплота — это такая невидимая и невесомая жидкость, которая притекает в физическое те- ло . И чем ее больше притекло, тем горячее стало тело. Этой жидкости даже на- звание дали — теплород, то есть рождающий тепло. Вот какие фантазеры! Но вы-то уже знаете, что такое тепло. Точнее, того, что вы уже знаете, вполне достаточно для ответа. Нужно только сделать одно ма-аленькое усилие, чтобы догадаться. Я вам помогу. Подтолкну, так сказать, на скользкую дорожку знаний. Смотрите, мы нагреваем тело, то есть накачиваем в него тепло, и что же с ним происходит? Сначала тело расширяется. Почему? А все тела при нагревании расширяются, так как амплитуда, то есть размах колебаний, молекул этого тела увеличивается. Потом тело постепенно нагревается до температуры плавления, тает, становит- ся жидкостью, а затем, достигнув температуры кипения, и вовсе быстренько ис- паряется, превращаясь в газ. При этом мы уже знаем, что происходит с молеку- лами этого тела. С повышением температуры они начинают двигаться все быстрее и быстрее и бы- стрее . Если раньше в твердом теле они чуть шевелились, шлепая синими губами от хо- лода, то потом ускорились настолько, что разломали всю кристаллическую струк- туру л в которой состояли. Как солдаты, отпущенные из строя, ломают строй, разбредаясь в разные стороны. Вот почему тело при нагревании расширяется. Затем, по мере дальнейшего нагрева, молекулы становятся еще более активными и быстрыми. Им тесно в сумасшедшей толчее! Расстояние между молекулами рас- тет . И, в конце концов, их скорости становятся такими большими, что пересили- вают взаимное притяжение, самые шустрые улетают прочь, испаряясь. И, в конце концов, вся жидкость превращается в газ — ее молекулы разлетаются в разные стороны к чертовой матери. Отсюда, кстати, понятно, почему летают воздушные шары, наполненные горячим воздухом. Потому что теплый воздух легче холодного! Что это значит? Это зна-
чит, что один объем теплого воздуха весит меньше, чем тот же объем воздуха холодного. Почему? А потому что в теплом воздухе скорости молекул и расстоя- ния между молекулами больше, чем в холодном. При нагревании предметы расширя- ются , и газ — не исключение. Значит, в одном и том же объеме теплого воздуха помещается меньше молекул. Оттого и вес меньше. Вот почему горячий воздух легче холодного — там вещества меньше! Или, иначе говоря, теплый воздух разреженнее. А что происходит, когда мы даем телу тепло? Что мы делаем? Мы разгоняем его молекулы, сообщая им все большую и большую скорость. То есть что такое тепло? Тепло — это и есть скорость молекул, составляющих тело! Еще раз: тепло — это средняя скорость движения частичек тела. Чем выше тем- пература , тем выше скорость молекул. В холодном кирпиче молекулы еле шевелятся. В горячем уже энергично пихаются и активно толкаются локтями. Вот именно эти толчки мы, приложив руку к кирпи- чу, ощущаем, как тепло. Поняли? Молекулы активно барабанят по нашей ладони, а мы думает, что это «тепло». Никакого отдельного от физического тела «тепла» нет. Оно всего лишь — наши ощущения от скорости движения его молекул. Чем больше скорость колебания молекул, тем горячее нам кажется. А чем мень- ше — тем холоднее. Но тогда получается, что должна быть предельно низкая тем- пература, ниже которой уже и быть не может — когда молекулы тела уже практи- чески не дрожат, а замерли в оцепенении. Именно так! Это для высокой температуры пределов практически нет — внутри Солнца, например, температура достигает 20 миллионов градусов — вот как быст- ро там носятся частицы. А для низкой температуры предел есть, он называется Абсолютным нулем температуры. Существует даже температурная шкала, названная по имени британского ученого шкалой Кельвина, которая начинает свой отсчет от абсолютного нуля. Абсолютный нуль Кельвина по привычной нам шкале Цельсия со- ставляет минус 273 градуса. Ниже температур не бывает. Ладно. А как передается тепло? Ну, как мы нагреваем тело, то есть разгоняем его молекулы? Как мы сообщаем им дополнительную скорость? С помощью чего? С помощью другого нагретого тела,
а как же иначе! То есть с помощью других энергичных молекул! Например, мы мо- жем нагреть сковородку, поставив ее на горячую печку или раскаленную плиту. Мы можем нагреть холодный камень, положив его в горячую воду. Вода нагреет камень, а сама остынет. Их температуры сравняются. Это значит, что очень энергичные, то есть быстрые молекулы воды начинают барабанить по лежащему в воде камню. Точнее, по его еле шевелящимся холодным молекулам. И расталкивают их! При этом молекулы камня начинают двигаться быстрее (то есть камень нагре- вается) , а молекулы воды «стынут», то есть начинают двигаться медленнее, по- делившись с молекулами камня своим движением. Другими словами, вода поделится с камнем своей энергией. И вскоре, как уже было сказано, температуры воды и камня выравняются. Это просто. Но вы заметили, что я постепенно и незаметно ввел в оборот новое слово — «энергия»? Это что еще такое? Это весьма смутная категория в физике. И вместе с тем очень простая для по- нимания . Думаю, интуитивно, что такое энергия, ясно каждому ребенку и в особых объ- яснениях не нуждается. Мальчик бежит быстро, он весь красный и взъерошенный. Это очень энергичный мальчик! А вялый мальчик, который лежит на диване бледный, обладает низкой энергией. Ему нужно побольше каши есть, то есть подзарядиться слегка. Если батарейка села, мы говорим, что энергия в ней кончилась. Если мы разогнали тело до большой скорости — например, пулю, — то она стала высокоэнергичной и может пробить толстую доску. А пуля низкой энергии, то есть брошенная рукой, доску не пробьет. И газету может не пробить, если ско- рость низкая. Видите, энергия может быть связана со скоростью. Такая энергия называется кинетической (от греческого слова kinetikos — движение). Автомобиль накапливает энергию для движения путем заполнения бака горючим. А почему оно называется «горючим»? Да потому что горит (окисляется, то есть химически реагирует с кислородом) и при этом выделяется много энергии. В бен- зине уйма энергии — если бензин сжечь, она высвободится в виде тепла и света. Это внутренняя, химическая энергия, запасенная внутри самого вещества. Веще- ство нужно разрушить, чтобы она высвободилась. А еще энергия может быть связана с положением тела в пространстве. Часы с кукушкой видели? Они работают от гири с цепочкой. У вас есть такие часы? Если нет, это совершенно недопустимо, нужно непременно приобрести! Велите маме. Потому что это очень хорошие часы. Гирю поднимаешь, и она начинает постепенно опускаться. А цепочка, на которой висит гиря, медленно крутит шестерни часов. И они идут себе. Настоящее механическое чудо. Кукушка кукует. Плохо ли? Когда гиря коснулась пола и опускаться ей больше некуда, часы, естественно, останавливаются. Но горевать не надо. Нужно просто потянуть за цепочку и под- нять гирю снова. Что мы, таким образом, сделали с точки зрения энергетики? Запасли в гире энергию, изменив ее высоту. Если тело на высоте, оно в принци- пе может падать к земле. Значит обладает энергией. Какой? Такая энергия назы- вается потенциальной, то есть возможной. Отпустим тело с высоты, чтобы оно падало, и этот потенциал реализуется — тело начнет набирать скорость и его потенциальная энергия будет переходить в кинетическую, то есть в скорость. Выводы? Они прекрасны! И их два. Первый. Энергия одних видов может переходить в другие, например, потенци- альная в кинетическую, химическая в тепловую. Второй. Энергию можно запасать. Поднял гирю — запас энергию. Сжал пружину — запас энергию. Зарядил аккумулятор — запас энергию. Покушал — запас энергию в виде жира на боках.
Разогнал тело — придал ему энергию. Значит, что такое энергия? Это некое свойство, способность тела совершить полезное действие, какую-то работу. Запустить ход часов, если это гиря. Вы- толкнуть присоску на палочке из ствола детского пистолета, если это сжатая пружина. Зажечь лампочку, если это батарея или аккумулятор. Разогнать машину, если речь о бензине. Насытить хилого мальчика, придав ему скорость, если речь о пище. Вот что такое энергия. Ну, а если нужно что-то сделать, а энергии нету? Идите ищите! Не будет энергии — не будет работы. Чудес не бывает. Сходите в магазин, купите аккумулятор. Постройте электростанцию. Разверните солнечную батарею. Поднимите гирю. Покушайте. Но помните — за все за это придется заплатить. И за батарейку, и за еду из магазина. И за электричество в розетке. Даже на поднятие гири часов вы потра- тите свою личную энергию, которую получили из пищи. Совсем немножечко, но по- тратите . Так уж устроен этот мир, что за все хорошее в нем приходится платить — за любое строительство, за любое созидание. Только за разрушение платить ничего не нужно: если опустить ручки и ничего не делать, все рано или поздно разру- шится или испортится. Отчего это так, мы поймем позже. А пока нам нужно за- помнить то, что все и так знают: энергия из ниоткуда не берется. Сколько по- заимствовал , столько и потратишь, и ни капелькой больше. А где позаимствовать? Где взять энергию? Откуда она вообще в природе берет- ся? Ну, за всю природу говорить пока рано, а вот откуда энергия на нашей плане- те, я скажу вам по секрету. В конечном счете от Солнца! Почти вся энергия, которой мы пользуемся — солнечная. Исключение — энергия земных недр, которую мы выковыриваем в виде полезных ископаемых. Например, топливо для атомных электростанций — ископаемый дар планеты. А вот энергия гидроэлектростанций имеет солнечную природу. Если б не было Солнца, все на планете вымерзло бы, не текли бы реки, а, значит, их течение не вращало бы турбины электростанций. Энергия ветра, который крутит лопасти ветряков, — тоже солнечная в конечном итоге. Ведь Солнце нагревает атмосферу, отчего и случаются ветры, дожди, ура- ганы... И пища, которую мы едим, — тоже дар звезды по имени Солнце. Потому как без света не могут расти растения, которые мы кушаем. Растениями питаются также животные, которых мы едим. Кушать было бы нечего без Солнца! В Солнце энергии много, ее хватит еще на сотни миллионов лет, а там что- нибудь придумаем... Про энергию мы еще поговорим. А сейчас я озвучу один хитрый вопрос, который должен был прийти вам в голову еще в прошлой главке. Вот мы говорили о делимости вещества. Узнали, что все сложные вещества со- стоят из простых (элементарных). Простых веществ, которые еще называют хими- ческими элементами, около сотни, и все они занесены в табличку Менделеева. Самая маленькая частичка сложного (то есть сложенного из простых) вещества называется молекулой. И если молекулу разделить, получатся атомы уже совсем других веществ — те самые детальки мирового конструктора. У них уже совсем другие свойства: поваренная соль белая и полезная, а натрий и хлор, из кото- рых сделана соль, очень даже агрессивные и ведут себя совершенно по-другому. Это понятно. Но что будет, если попробовать разделить атом химического элемента, то есть детальку конструктора? Атом вообще делим? Вот какой вопрос должен был прийти вам в голову. Приходил?
Глава 3. Как устроен атом и вообще весь мир Да, друзья мои, атом делим! Эту радостную новость я вам сообщаю сразу. Атом тоже являет собой составную конструкцию. Получается, что детальки тоже устроены из деталек, только более мелких. Почему же греки называли атом неде- лимым? Мы уже знаем ответ: потому что деление мельчайшей крошки вещества — атома — приводит к тому, что вещество перестает существовать в своем привыч- ном виде! Как перестает существовать автомобиль, если его разобрать на от- дельные части — колеса, поршни, гайки, рычаги... Все в мире сделано, как мы уже выяснили, из примерно сотни атомов (химиче- ских элементов) . А сами атомы? Они состоят всего из трех деталек, только в разных сочетаниях. Всего из трех! В это трудно поверить, но все многообразие окружающей нас природы — звезды, планеты, мама с папой, хлеб, собака, воздух — это всего лишь разные наборы трех частичек, которые сначала складываются в атомы, а уж затем атомы состав- ляют молекулы, строящие мир. Но в основе мира — всего три частицы. Частицы эти называются элементарными. Опять возникает это слово «элементарные»! Простейшие химические вещества, которые занесены в таблицу Менделеева, на- зывают химическими элементами. И частицы, из которых сделаны эти элементы, тоже называются элементарными. А имена у них есть? Есть. Знакомьтесь: Протон, Нейтрон, Электрон. Вся святая троица. Но прежде, чем рассказать про них подробнее, я отвечу на закономерный во- прос , который должен был снова у вас возникнуть: а из чего сделаны элементар- ные частицы? Может, они тоже из каких-то еще более мелких деталюшек состоят? Не вдаваясь в ненужные подробности, отвечу так: нет! Не состоят! — Позвольте! — скажет мне какой-нибудь умный ребенок, поправляя пальчиком круглые очки. — Позвольте! Весь мой опыт говорит о том, что если по чему-то сильно стукнуть, оно развалится на части. Чашка на осколки, молекула на ато- мы, атомы — на эти ваши элементарные частицы. А если стукнуть по частицам, на что они развалятся, гражданин хороший? — Какой умный мальчик! — отвечу я с некоторой робостью. — Проник в самую суть вещей! Стукнуть, говорит, надо. Именно так и поступают физики, когда изучают частицы! Они разгоняют их в специальных ускорителях и стукают друг об друга. А чем их еще стукнуть, чтобы разломать, если они — самые маленькие в мире? Вот их друг об друга и стукают. И как вы думаете, что получается? Элементарные частицы не разваливаются на составляющие, а превращаются в другие элементарные частицы. Причем эти превращения, которые называют ядерны- ми реакциями, зависят от скорости, до которой разогнали частицы. То есть от той энергии, которую частицам сообщили. Дело в том, что энергия (скорость) может превращаться в вещество, в массу. И более того — при глубоком рассмот- рении оказывается, что это одно и то же — энергия и масса, представляете! Мир един. Но об этом мы поговорим позже. А сейчас познакомимся поближе с элементарными частицами. Они ужасно милые! (Вообще говоря, элементарных частиц довольно много. Но главных, из которых сделано все вещество в мире, всего три, как уже было сказано. Ими мы и зай- мемся , а остальной вселенский мусор оставим взрослым физикам.) С чего начнем? Давайте с электрона. Он самый маленький, а маленьких обижать нельзя.
Итак, под свет прожекторов на сцену нашего внимания, раскланиваясь, выходит электрон. Что мы можем о нем сказать? Какого он цвета? Он шершавый? Он влаж- ный, твердый, газообразный? Он теплоемкий? Нет! Все те свойства, к которым мы привыкли в нашем большом мире (он назы- вается макромир), не имеют никакого отношения к миру элементарных частиц (микромиру). Нет в микромире ни цвета, ни запаха, ни шершавости, ни твердо- сти. Это все свойства макромира. Все эти свойства складываются из множества частиц, это макросвойства. А по отдельности частицы этих свойств не имеют. А что же они имеют? Ну, что есть у того же электрона? Ведь какие-то свойства у него должны быть! Иначе бы его не существовало! Ведь существовать — это, значит, прояв- лять себя как-то, то есть иметь свойства! Да, некоторые свойства у электрона есть. У него есть масса. Про нее мы уже говорили — электрон очень легонький, самый легонький из всей троицы. Электрон в 1820 раз легче протона. Для сравнения: если протон — это танк, то электрон — это одна канистра с топливом. Если протон — человек, то элек- трон — это авторучка в его кармане. Вот такая разница в массе. Заметили, кстати, новый физический термин необыкновенной сложности — «мас- са»? Я его как бы между делом ввел. Надеюсь, не огорчил. Что это такое? Масса — это просто количество вещества. Чем тело тяжелее, тем оно массивнее. Папа массивнее ребенка. Танк массивнее автомобиля. Солнце массивнее Земли. Массу не нужно путать с весом. Хотя многие взрослые путают. Даже генералы и начальники. А, может, и сам президент. Между тем это совершенно разные вещи! Вес — это сила, с которой Земля притягивает массу. Сила, с которой массивное тело давит на опору, на которой лежит, или растягивает подвес, на котором ви- сит . В космосе, в невесомости никакого веса нет, потому невесомость так и на- зывается. Но все равно даже в невесомости толстый космонавт гораздо массивнее щуплого. И если они оттолкнутся друг от друга, то полетят в разные стороны с разными скоростями — толстый медленно, а щуплый быстро! Потому что количество вещества в их телах разное, в толстом вещества много, а в худом кот наплакал. Вес и масса физиками даже измеряются в разных единицах — масса в килограм- мах, а сила в особых единицах — ньютонах. Массу определяют с помощью весов, а силу с помощью специальных приборов — ньютонометров. Усекли? Массу ученые люди еще называют мерой инертности тела. Действительно, мас- сивное тело очень инертное, чтобы его разогнать, нужно много усилий потра- тить . А легкое тело и разогнать легче, его инертность мала. Электрон очень легок. Его масса составляет столь мизерную величину, что ее написание потребует от меня особой внимательности — чтобы в нулях не ошибить- ся: 0,0000000000000000000000000009 грамма — вот сколько весит электрон. А еще у электрона есть размер. Он тоже крохотный: 0,00000000000000001 мил- лиметра — вот какого электрон диаметра. Электрон можно представить себе, как маленький шарик, который вращается во- круг своей оси. Этакая малюсенькая планетка. Причем, как вы понимаете, электрончик может вращаться или в одну сторону, или в другую, как это показано на рисунке ниже. И это тоже одно из свойств электрона — левое вращение или правое. По научному вращение электрона называ- ют спином. Не спиной, поскольку никакой спины у шарика нет, а спином. Спин — это собственное вращение электрона, от английского слова «spin» (вращение). Вращение летящего в направлении стрелки электрона может быть правым или ле- вым. Если в винтовочном стволе правая нарезка, то вылетевшая из ствола пуля бу- дет иметь вращение вправо. А если левая — влево. Теперь представьте, что мы стреляем в мишень, свободно закрепленную в центре и могущую вращаться. В этом
случае пули с правым вращением, впиваясь в мишень, будут передавать ей свое вращение, постепенно раскручивая в ту же сторону — примерно как отвертка кру- тит винт. Вращение по часовой стрелке- положительный спин Вращение против часовой стрелки - отрицательный спин Спин электрона. Если мы не знаем, в какую сторону крутятся вылетающие из ствола пули, можно поставить опыт, стреляя по крутящейся мишени. В какую сторону она завертится, в такую и пули крутятся. Но спин — это сущая ерунда по сравнению с последним и самым загадочным свойством электрона. Свойство это называется зарядом. Но заряд не в том смыс- ле, что электрон чем-то заряжен, как винтовка патроном, потому что патрон из винтовки можно вынуть. А этот загадочный заряд из электрона вынуть нельзя. Он ему присущ, он его часть. Он — главное его свойство. Электрон, собственно го- воря, и есть заряд! Что же такое заряд? Этого никто не знает. Но зато мы знаем, как загадочный заряд проявляет се- бя . И вы сейчас это узнаете. Давным-давно люди заметили, что если кусочек янтаря натереть шерстяной тка- нью, он начнет притягивать маленькие кусочки бумажки. Янтарь — это окаменев- шая сосновая смола. Наверняка у вашей мамы есть янтарные безделушки — кулон- чик или сережки. Безделушки надо приспособить к делу! Возьмите кулон, тща- тельно выковыряйте из оправы желтоватый янтарь (маме он больше не понадобит- ся) , возьмите шерстяной носок, нарвите бумагу на крохотные кусочки. После че- го, потерев янтарь, попробуйте притянуть им бумажные клочки. Надеюсь, вам не влетит за смелые исследования. На указанное явление впервые обратили внимание те же древние греки, весьма вдумчивый народец. По-гречески янтарь — «электрон». И вы, наверное, уже дога- дались, что за притягивание бумажек отвечают электроны, раз эти частички фи- зиками были названы в честь янтаря. Действительно, в этом простом эксперименте человечество впервые столкнулось с действием электрических сил, которые обусловлены электрическим зарядом. Теперь-то мы к электричеству привыкли. Теперь мы без него жить не можем. Теперь у нас кругом розетки, которые больно бьют током догадливых детей, до- думавшихся сунуть туда свой тонкий пальчик. Теперь нас просто окружает элек- тричество, без коего и шагу не ступить. Стиральные машины, лифты, лампы, хо- лодильники, троллейбусы и электрички, радиоприемники и телевизоры, заводы и фабрики — все работает на электричестве. Линии электропередач передают потре- бителям электрический ток, который вырабатывается электростанциями. А что такое электрический ток? Нет ничего проще! Поток электронов — вот что такое электроток. Как река —
это течение триллионов и биллионов молекул воды по руслу, так и электрический ток — это течение миллиардов электронов по металлическому проводу. Все метал- лы очень хорошо проводят ток. Это отличительное свойство металлов, на которое ученые давно обратили внимание. Сегодня в кристаллической решетке металла мы умеем организовывать организованное течение мириадов элементарных частичек под названием электроны. Греки добывали чуть-чуть электричества, натирая шер- стью янтарь. У нас же теперь — целые электростанции, которые занимаются про- изводством электроэнергии. Уйму тока дают! Короче говоря, заряд электрона — это некое свойство, которое характеризует- ся... чем? Ясно, чем характеризуется масса. Инертностью! Чем массивнее тело, тем труднее его разгонять. Попробовали потолкать — ого! тяжеленное! А заряд как обнаружить? А заряд проявляет себя тем, что он притягивается к другому заряду — проти- воположному . Существуют два вида зарядов — положительный и отрицательный. Ничего положи- тельного и отрицательного в бытовом смысле в них нет, они не хорошие и не плохие, просто их так назвали когда-то да и все. Обозначают положительный за- ряд знаком плюс — «+», а отрицательный знаком минус — «-». Эти знаки вы тыщу раз видели на разных батарейках. А если не видели, сходите да посмотрите. Мне кажется, лучше всего попробовать выломать батарейку из папиных часов с помо- щью молотка и отвертки. Электрон является носителем отрицательного заряда, а протон — положительно- го. Разноименные заряды притягиваются друг к другу, одноименные отталкивают- ся . Это прекрасно видно на рисунке. ^" и^ иф> фн ^Н щф> Притяжение и отталкивание электрических зарядов. Вот так мы и к протону незаметно перешли. Посмотрим-ка на него внимательно. Если электрон маленький, легонький и электроотрицательный (минус), то про- тон большой, тяжелый и электроположительный (плюс). Полная противоположность! При этом протон и электрон притягиваются друг к другу. А почему, собственно говоря, разноименные заряды притягиваются? И почему одноименные отталкиваются? Этого никто не знает. Но это так! Уж такое это свойство — электрический за- ряд . Именно так оно себя проявляет. Понять, почему именно так, на современном этапе развития науки нельзя, можно только привыкнуть. Привычка вполне заменят понимание. Можно сказать, что привычка и есть понимание. Привык — и вроде как понимаешь. Электрон и протон — на вид очень разные ребята. И масса, и размер у них разные. А вот заряд одинаковый — заряд протона в точности равен заряду элек- трона, только знак имеет противоположный.
Что еще сказать о протоне? По сравнению с электроном он просто гигант! Если вы забыли, я напомню — протон в 1820 раз тяжелее электрона. И по размерам, соответственно, больше. Поскольку плюс и минус притягиваются, протон и электрон притягиваются друг к другу и могут образовать пару, напоминающую звездную систему. Только в звездной системе планета кружится вокруг светила, а тут электрон будет кру- житься вокруг1 протона. Самая простая подобного рода система состоит из одного протона, вокруг ко- торого крутится один электрон. Планетарная модель атома водорода. Латинской буквой «Р» в научном мире обознается протон, а значком «е» — электрон. Впрочем, это вы и так уже поняли, я думаю. Аналогичные, казалось бы, системы. Только одна из них (звездная) существует в макромире, а другая (атомная) в микромире. Но разница, тем не менее, есть. И состоит она, главным образом в том, что планета и звезда электронейтральны, то есть не обладают зарядом (никто еще не догадался потереть Солнце шерстяной тряпочкой). А электрон и протон обладают зарядом, то есть их притягивает друг к другу электрический заряд. А планету к звезде притягивает сила всемирного тяготения, которая действует на все массивные тела. Та самая, которая бросает вас на землю, когда вы спотыкаетесь и падаете. Та самая, которая неудержимо влечет вниз любимую мамину чашку, которую вы взяли без разрешения и уронили. Почему она на пол-то летит, свинья такая? Притягивается. Все тела, имеющие массу, притягиваются друг к другу. И чем больше масса, тем сильнее1. Вообще-то говоря, электрон и протон тоже имеют массу и потому притягиваются друг к другу без всякого заряда. Но их массы такие крошечные, что не смогли бы устроить между ними устойчивую связь без помощи зарядов. Вообще говоря причина притяжения тоже не известна.
А знаете, что это такое у нас получилось — ну, когда один электрон мы за- пустили крутиться вокруг одного протона? Это атом водорода. Самый легкий химический элемент. Самое простое вещество на свете. Номер первый в таблице Менделеева. Всего-навсего один протон и один электрон — и вот мы уже имеем газ водород. Вообще-то, строго говоря, в атомарном состоянии водород как газ не встречается. Он существует в виде молекулы из двух атомов водорода — Н2. Два атома водорода сцепляются вместе и образуют молекулу газа по имени водород. Но это уже мелочи. Главное, что нам удалось собрать всего из двух элементарных частиц первое химическое вещество. Для этого даже третья элементарная частица не понадобилась — нейтрон. Нейтрон — парень скромный. Он не обладает таким ярким характером, как про- тон, хотя они очень похожи. У нейтрона почти такая же масса, как у протона, и практически такой же размер. Но заряда у нейтрона нет. Он нейтральный. А на фиг он тогда нужен? И вправду, мы вон вполне удачно собрали первое, правда, пока самое простое вещество всего из двух элементарных частичек. Так зачем нужен нейтрон? Разгадку этой загадки я открою чуть позже. А пока скажу обтекаемо: природе нейтрон зачем-то понадобился. И уже в следующем химическом элементе он при- сутствует . Давайте попробуем собрать что-нибудь посложнее водорода! Как? Простая логика подсказывает: если у нас в простейшем веществе две час- тички, надо добавить еще одну — третью. Вот вокруг нашего Солнца вращается около десятка планет. И поскольку атом напоминает планетную систему, давайте запустим вокруг протона еще несколько электронов. Это будет сложновато! Я ведь не зря выше сказал, что заряды протона и элек- трона равны. Положительный заряд протона уже скомпенсирован отрицательным за- рядом электрона, который кружится вокруг него. У протона уже силенки не хва- тит притянуть и удержать еще один электрон. К тому же надо вот на что внимание обратить — атом водорода электронейтра- лен, то есть минусовый заряд электрона компенсируется в нем плюсовым зарядом протона. Потому и говорят, что для внешнего наблюдателя атом нейтрален. Все вещество, которое нас окружает, электронейтрально. А если случайно на нем на- копится заряд, как на синтетической кофте, которую снимают через голову, или на янтаре, когда его шерстью потрешь, то вещество начнет притягивать мелкие предметы, потрескивать и даже искрить. Потрите резиновый воздушный шарик о голову, и он начнет волосы притягивать. Но это редкость, обычно вещество у нас в руках не искрит, не трещит, никуда ничего не притягивает и вообще ведет себя прилично. Нейтрально. Поэтому если нам надо создать вещество, поимеем в виду, что оно должно быть электронейтрально, то есть число плюсиков в его атоме должно быть равно числу минусиков. Значит, чтобы собрать что-то посложнее водорода, нужно в дополнение ко вто- рому электрону на орбите всобачить ему в центр (в ядро) еще один протон. По- тому что один протон два электрона не удержит, заряда не хватит. А два прото- на запросто удержат два электрона. И тогда все уравновесится — в ядре атома будет два плюсовых заряда от двух протонов, а вокруг будут крутиться два электрона с двумя минусовыми зарядиками. И в целом атом останется электроней- тральным . И таким образом что у нас получилось? У нас почти получился гелий — вещество номер 2 в таблице Менделеева. До на- стоящего гелия ему не хватает только двух нейтронов в ядре. Добавим их, и по- лучится гелий. Атом гелия — два протона, два нейтрона, два электрона. Отлично поработали!
Природа устроила так, что количеству протонов в ядре атома приблизительно соответствует количество нейтронов2. То есть если мы будем сооружать атом, например, с 10 протонами в ядре и 10 электронами на орбитах, то нам придется вдуть в ядро еще с десяток нейтронов. Балласт. Атом гелия. Поскольку протоны и нейтроны очень похожи (за исключением заряда), их часто называют одним словом — нуклоны. Ядро атома состоит из нуклонов, а вокруг кружатся в бесконечном вальсе электроны. Прелестно! Из этих трех деталюшек складывается весь наш мир. Ну, вот, собственно, и все! Вся природа у нас в кармане! Теперь нами понят ее главный принцип. Как собрать следующий, третий по счету химический элемент в таблице Менде- леева? Очень просто. Берем три протона, три нейтрона и три электрона. Нуклоны скатываем, как снежок, в одно ядро, вокруг запускаем три штучки электрончиков — и получаем литий. Литий — это уже не газ. Это уже легкий металл. Самый лег- кий металл на свете. Вы, надеюсь, уже нашли водород, гелий и литий в таблице Менделеева... А теперь поступим так. Найдите-ка в таблице наше родное и всеми горячо лю- бимое золото. Стойте!.. Я просто сам перенесу из таблицы Менделеева клеточку с золотом сюда. И расположу ее рядом со снимками золотых слитков. Золото. Согласитесь, посмотреть приятно! Эти бы слитки да в хорошие руки! А вот клеточка из таблицы Менделеева, где томится золото. Мы видим тут значок золота — Аи (аурум) — и две цифры. Верхняя — это поряд- ковый номер элемента в таблице Менделеева. У золота № 79. Почему такой? Отчего золото оказалось в периодической таблице элементов под номером 79? Не знаете? А могли бы и догадаться! Вспомните, как мы строили первые три простейшие вещества. У первого, водорода — один протон и один электрон. У второго, гелия — по два. У третьего, лития — по три. Уловили закономерность? Порядковый номер — это количество протонов в ядре атома и электронов на орби- те, вот и все! Если элемент стоит в таблице Менделеева пятым, то это только потому, что у него пять протонов в ядре, а вокруг кружатся 5 электронов. 2 Это не верно. Ниже автор сам это показывает.
79 Au золото 196.966 569 | Золото. А вторая цифра, которая внизу, что значит? Выглядит она страшно, но пугать- ся не стоит. Это атомная масса. Только выражена она не в килограммах или граммах, а в атомных единицах, где гирькой служит нуклон. 1 нуклон — это одна единица массы. Два нуклона — две единицы атомной массы. Крайне просто. Иногда еще атомную массу называют атомным весом. Мы знаем, что вес и масса — разные вещи, но так сложилось в науке, что атомный вес является синонимом атомной массы. Примем это как данность. Жалко что ли? Мы же говорим «чайник закипел», хотя кипит вовсе не чайник, а вода в чайнике. В мире атомов вес измеряется в атомных единицах. Так вот, каков атомный вес водорода? Одна атомная единица! Потому что в его ядре один нуклон. А у гелия? Четыре! Потому что в ядре гелия четыре нуклона — две гирьки протонов, а еще и две гирьки нейтронов. (Электроны при определении атомного веса не учитываются из-за чрезвычайной легкости.) Проще говоря, атомная масса, которая указана возле каждого элемента в таб- лице Менделеева до запятой — это общее количество нуклонов (протонов и ней- тронов) в его ядре. Посмотрите, в ядре атома золота 196 частиц. Протонов там, как мы уже выяс- нили, 79 штук. Все остальное — нейтроны. Возьмите калькулятор и посчитайте... Не хотите? Ну, ладно, я за вас посчитаю: 197 — 79 = 118 Получается, у золота 118 нейтронов в атоме. Внимательный детский глаз может, еще раз оглядев клеточку золота, вырезан- ную из менделеевской таблицы, послать сигнал в хитрый детский мозг, и мозг озаботится ненужным вопросом: — Дяденька писатель! А что там еще за цифры стоят после запятой? Ну, после 196? Ох, не хотел я вам этого говорить, дети, хотел утаить, но раз к стенке при- перли, придется расколоться. Это очень трудно, друзья мои! Не каждый взрослый об этом знает! А вы пойме- те за одну минуту. В обычном нормальном атоме золота, как мы уже выяснили, 118 нейтронов и 79 протонов. Но иногда встречаются атомы-уродцы. Довольно редко. У них есть лиш- ние нейтроны. Как иногда у людей бывает по шесть пальцев на руках. Нечастое явление. Предположим, на тысячу нормальных атомов приходится один дефектный. И если в норме в атоме золота 118 нейтронов, то иногда встречаются «вспухшие» урод- ливые атомы, в которых 119 нейтронов. Все помидорчики как помидорчики, а у одного помидора какой-то уродский вырост на боку. Ничего, мы и такой съедим. Атомы-уродцы называют изотопами. Именно из-за них, кособоких паразитов
средний вес всех атомов отличается от целого числа. Что понятно: если у нас из десяти атомов все десять имеют атомный вес в 6 единиц, то и средний атом- ный весь будет равен ровно шести: (6+6+6+6+6+6+6+6+6+6)/10 = 6 А вот если один из десяти атомов имеет вес в 7 единиц, средний вес изменит- ся: (6+6+6+6+6+7+6+6+6+6)/10 =6,1 Видите, после запятой появилась циферка, которая говорит о том, что не «все шестерки одинаковы». Если вы внимательно посмотрите на атомные веса элементов в таблице Менде- леева, то увидите, что все они не являются целыми числами. Значит, каждое элементарное вещество имеет уродливые атомы. Даже водород. Хотя, казалось бы, проще водорода ничего быть не может — один протон, вокруг которого крутится один электрон, вот и весь атом. Эта не какой-нибудь свинец, у которого в ядре больше двух сотен нуклонов, а вокруг этого огромного ядра кружится больше восьмидесяти электронов! Однако все же бывают атомы водорода, в ядре которых, кроме протона, есть еще и нейтрон. Один. А порой и два! Такой водород называют тяжелым. Потому что его атом тяжелее обычного. На рисунке ниже нарисованы атомы нормального водорода и редкие уродики, а также написано, как эти уродики называются. Но так как атомы-уродцы встречаются редко, говорить мы о них пока прекраща- ем. Я рассказал вам про изотопы лишь затем, чтобы объяснить наличие циферок после запятой. Вы на эти циферки просто внимания не обращайте да и все. Протий Дейтерий Тритий Изотопы водорода. Вы теперь и так знаете слишком много! Вы представляете, по каким принципам строится вещество. Берите любой атом из таблицы Менделеева и рассказывайте про него маме или даже папе. Задавайте контрольные вопросы. Проверяйте усво- енный материал. А пока взрослые морщат лоб и мычат в свое оправдание что-то типа «я, конеч- но, в школе учи-и-ил, но забы-ы-ыл», мы с вами возьмем сейчас тот же хлор и натрий, из которого ранее соль поваренную делали, и посмотрим, что тут к че- му. Натрий. Легкий металл. Как он сделан? Его номер 11-й. Значит, 11 протонов и 11 электронов. Атомный вес натрия — 23. То есть в ядре 23 нуклона. 23 нуклона минус 11 протонов = 13 нейтронов. Все. Атом натрия готов. Теперь хлор надо собрать по инструкции дяденьки Менделеева. У хлора номер 17. То есть 17 протонов и 17 электронов. Атомный вес (число нуклонов в ядре) — 35. 35 — 17 = 18 нейтронов. Все, собрали хлор. Теперь соединяем два этих атома — хлора и натрия, — зацепив один за другой колечками самых дальних электронных орбит, и получаем сложное вещество — мо- лекулу поваренной соли. Так строятся все вещества — сцепляясь дальними орбитами электронов. При этом дальние электрончики, которые крутились на этих орбитах, становятся как
бы общими для обоих ядер. Все, можно стереть пот со лба. Мы освоили химию и физику элементарных час- тиц. Слава Менделееву! Науке слава! Молекула поваренной соли — хлорид натрия. Теперь осталась одна маленькая деталь, которую нужно знать каждому прилич- ному ребенку. Один маленький штрих, который завершит картину мироздания, сде- лав ее в ваших блестящих глазах более полной и блестящей. Итак, мы знаем, что практически все окружающее нас вещество электроней- трально . Если вы дотрагиваетесь до шкафа, он не бьет вас током. Потому что в веществе шкафа количество положительных зарядов равно количеству отрицатель- ных. Его атомы электронейтральны. Но что будет, если атом потеряет один или два электрона? Вот такой рассеян- ный атом. Может такое быть? Может! Какое-нибудь сильное воздействие может па- рочку электрончиков у атома оторвать. Вы скажете (подсмотрев в таблицу Менделеева): — Ха! Даже если такое случится, невелика потеря! Вокруг ядра атома могут крутиться под сотню электронов! Например, у радия их 88. Некисло так! Подума- ешь, пару потеряет... Однако потеря даже одного отрицательного заряда означает избыток заряда по- ложительного . Если атом теряет электрон, значит, у него остается один «лиш- ний» , нескомпенсированный протон. И атом в целом таким образом приобретает положительный заряд +1. А если атом теряет два электрона, то он приобретает заряд +2. Бывает и наоборот — когда к атому присоседится какой-нибудь приблудный лиш- ний электрон. В этом случае атом получает один отрицательный заряд -1. Нейтральный атом у х \ / у Положительный ион у Отрицательный ион 4©£ 4© ! 4© * \ \ Заряд протонов уравновешен зарядом электронов Атом теряет электрон ' w \ \ / V. ^ У Атом получает дополнительный электрон Случаи бывают разные...
Такие заряженные атомы называются ионами. Когда происходит подобное? Из-за чего атомы могут, например, терять элек- троны? Это бывает при высоких температурах, то есть тогда, когда атомы газа имеют большую энергию и скорости, носятся, как сумасшедшие, сталкиваются друг с другом. Мы ведь с вами помним, что частота и скорость соударений и есть тем- пература. В обычном воздухе скорость соударений молекул невелика. А вот на Солнце раскаленный газ имеет температуру в тысячи (на поверхности Солнца) и даже десятки миллионов градусов (внутри нашего светила). Я сказал «на Солн- це»? Это немного неточно. Скорее, «в Солнце». Потому что Солнце представляет собой раскаленный газовый шар. В основном оно состоит из водорода с небольшой примесью гелия. Так вот в этих условиях скорость соударения атомов водорода такова, что «крышу срывает» у атомов на всю катушку. Атомы разрушаются, электроны слетают со своих орбит и начинают метаться одни, так же, как и протоны. Получается хаотическая электронно-протонная смесь или, иначе говоря, ионизированная плазма. Плазма — горячая смесь ионов. Огонь — это тоже плазма. Только в обычном пламени костра или свечи содержание ионов не такое большое, как на Солнце, потому что температура ниже. Я загрузил вас новыми словами — «ионы», «плазма». Но зато теперь вы можете похвастаться тем, что знаете целых четыре состояния вещества! Первое — твердое. Атомы и молекулы в таком веществе крепко держатся друг за друга, никуда не бегают, а только чуть-чуть дрожат и топчутся на одном месте, образуя кристаллическую решетку. Второе состояние вещества — жидкое. Здесь уже энергетика частичек вещества такова, что они ломают кристаллическую структуру, рушат тесные ряды и начина- ют хаотически бродить, будучи не в силах удержаться в твердой структуре. Рас- текаются. Но еще не разлетаются друг от друга. Разлетаться они начнут в третьем состоянии вещества — газообразном, которое наступит при дальнейшем нагреве, то есть дальнейшей накачке вещества энерги- ей. Тогда скорость атомов станет уже такой, что силы их притяжения не смогут сдерживать энергичность расшалившихся атомов. Они просто разлетятся друг от друга и рассеются в пространстве. Если же газ собрать в каком-то закрытом объеме или просто удерживать мощной силой гравитации (как на Солнце) и продолжать нагревать, то энергетика атомов станет уже такой огромной, что при столкновении друг с другом будут разру- шаться уже сами атомы — с них начнет срывать электронные шубы. И останутся только ионы, ионизированный газ — плазма. При этом газ начнет светиться, что говорит о его высокой температуре. Плазма — это прекрасно. Мы любим смотреть на плазму... Глава 4. Сила есть — ума палата! Все вроде у нас хорошо, не правда ли? Мы познали основу основ — как устрое- но вещество. Теперь, подойдя к папе, а лучше к маме, потому как папа может еще что-то помнить из института, можно устроить женщине строгий экзамен по теории веще- ства и уличить в полной научной беспомощности. После чего патетически вос- кликнуть : «И этот человек запрещает мне ковырять в носу!» Однако остались еще некоторые тонкости, которые наверняка ускользнули от вашего внимания. И самая главная непонятка вот какая...
Мы теперь знаем, что плюсовый заряд и минусовый притягиваются, поэтому электрончик охотно тянется к протону, образуя атом. А вот одноименные заряды отталкиваются. Почему же тогда плюсовые протоны группируются вместе кучкой в центре атомного ядра? Хороший вопрос. Умеете вы задавать трудные вопросы! Действительно, если подумать, то ведь протоны должны разлететься друг от друга со страшной силой! Вообще говоря, именно так и происходит. Если мы возьмем два свободных про- тона и начнем их осторожно подкатывать друг к другу, то нам это сделать не удастся — они не захотят даже приближаться друг к другу и будут отталкиваться с ужасной силой. И только приложив к ним еще более страшную силу и добавив немного нейтронов, мы вдруг увидим чудо — склеились! Как же так? Почему? Что их удерживает, если силы электростатического оттал- кивания стремятся раскидать протоны, которые отталкиваются друг от друга, по- тому что положительно заряжены? Что пересиливает? Что держит? Отвечу: ядерные силы. Ядерные силы — это очень мощные силы, которые намертво скрепляют нуклоны в ядре. Но силы эти очень короткодействующие. Если силы электромагнитные действуют на дальних дистанциях, то ядерные — лишь в пределах размеров атомного ядра. То есть, прикладывая громадные усилия по противодействию электростатическо- му отталкиванию, нам надо сблизить нуклоны настолько, чтобы короткие, но очень мощные ручки ядерных сил схватили их и начали противостоять длинным, но тонким и относительно слабым ручкам электростатики. МЕЖДУ ЧАСТИЦАМИ ВХОДЯЩИМИ В ЯДРО МЕЖДУ ПРОТОНАМИ ЯДРА. ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ДЕЙСТВУЮТ ОСОБЫЕ СИЛЫ ВЗАИМНОГО ОДНОИМЕННО ЗАРЯЖЕННЫМИ ЧАСТИЦАМИ. ПРИТЯЖЕНИЯ - ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ ДЕЙСТВУЮТ СИЛЫ ВЗАИМНОГО ОТТАЛКИВАНИЯ # ПО СВОЕЙ ВЕЛИЧИНЕ ЯДЕРНЫЕ СИЛЫ ВЗАИМНОГО ПРИТЯЖЕНИЯ ОГРОМНЫ И ЗНАЧИТЕЛЬНО ПРЕВОСХОДЯТ СИЛЫ ВЗАИМНОГО ОТТАЛКИВАНИЯ ПРОТОНОВ Силы действующие в ядре. Ядерные силы — самые мощные силы в природе. Их по-другому даже так и назы- вают — сильное взаимодействие. Еще раз: сильное взаимодействие — это сцепление нуклонов на короткой дис- танции, в пределах размеров атомного ядра. Но даже этих мощных сил не хватило бы, чтобы удержать в ядре одни только протоны, без нейтронов. Вот вам и ответ, зачем природе понадобились нейтроны. Для склейки ядер! Поскольку у нейтронов заряда нет, а ядерные силы есть, ней- троны таким образом «разбавляют» общий положительный заряд ядра, уменьшая электростатическое отталкивание. И только потому большие ядра могут стабильно существовать. Причем чем больше номер химического элемента, то есть чем больше в нем про- тонов и, стало быть, электростатического отталкивания, тем больше требуется нейтронов для разбавления. И потому чем ниже и правее расположен элемент в таблице Менделеева, чем он тяжелее, тем больше в нем нейтронов по сравнению с протонами. Если у углерода на 6 протонов приходится 6 нейтронов, то у ртути, например, на 80 протонов идет не 80, а целых 120 нейтронов. И еще момент. Вы, разглядывая таблицу Менделеева, не задавались вопросом: а &
отчего в этом наборе элементарных веществ (химических элементов) всего поряд- ка сотни наименований? В таблице Менделеева на сегодня больше ста элементов, но самые тяжелые из них, с номером более 92 в природе не встречаются и были получены искусственно учеными в ядерных реакторах. Почему же сверхтяжелые элементы (так называют элементы тяжелее урана) не встречаются в природе? Потому что их ядра нестойкие. Даже образовавшись, они вскоре распадаются. Они такие большущие, что их размеры превышают радиус действия короткодейст- вующих ядерных сил. Которые уже не могут дотянуться с одного края атомного ядра до другого. И ядро разваливается, как разделяется слишком большая капля под собственным весом. Именно поэтому в нашем мире меньше сотни элементов. Ничего, хватает, чтобы построить целый мир и озадаченно ковырять в носу, разглядывая его... Ну, и раз уж мы заговорили о стабильности, надо упомянуть один постыдный факт из жизни нейтронов. Он заключается в следующем — в отличие от протонов и электронов свободные нейтроны нестабильны. В ядрах атомов нейтроны прекрасно существуют. А вот оставшись в одиночест- ве, быстро «умирают». Время жизни свободного нейтрона всего 15 минут. Что же с ними случается? Свободный, одинокий нейтрон распадается на протон и электрон. Нейтрон как бы выстреливает электроном, который уносится в про- странство . И на месте бывшего нейтрона остается одинокий протон. Помните, мы говорили, что нейтрон и протон имеют практически одинаковую массу? Их масса различается практически на один электрон. Иными словами, ней- трон тяжелее протона всего лишь на массу одного электрона. Нейтрон как бы со- стоит из протона и электрона в одном флаконе. Но именно «как бы», поскольку он является самостоятельной солидной частицей со своими свойствами, и никако- го электрона «внутри» нейтрона не содержится, электрон образуется в момент распада, в результате распадной реакции. И я вам больше скажу: в атомном ядре нейтроны и протоны постоянно превраща- ются друг в друга, словно перебрасываясь плюсовым зарядом. Эта перепасовка выглядит так — бросил протон нейтрону подачу и превратился в нейтрон. А ней- трон, принявший пас, стал протоном. Вот так они и живут там, внутри ядра — в постоянной паутине зарядовых перепасовок. Поэтому физики иногда говорят, что протон и нейтрон — это одна и та же частица, только в разном зарядовом со- стоянии. Поэтому их и объединили под общим названием — нуклон. Нормально? Теперь сообщу вам еще одну тонкость, без которой наше погружение в микромир будет неполным. Эта тонкость столь тонка, что доставила в свое время ученым немало головной боли. Они давно обнаружили, что при распаде нейтрона образу- ются протон и электрон, но у них не сходился энергетический баланс. Ну, то есть до реакции распада в системе (у нейтрона) была одна энергия, а после распада — чуть меньшая: в сумме протон и электрон не давали той энергии, ко- торую имел нейтрон. Куда-то исчезал кусочек. Таких вещей физики не любят! У физиков самые суровые законы — это законы сохранения массы, энергии, за- ряда... Сколько было чего-то до эксперимента, столько и должно остаться после опы- та. Это понятно: если вы взяли вазу и ударили ее молотком, разбив на куски, то все осколки вместе будут весить столько же, сколько целая ваза. Потому что масса не может исчезнуть или взяться из ниоткуда! То же самое с энергией — если до реакции было столько-то энергии, значит, после реакции ее должно столько же и остаться. Она ведь никуда не исчезает и не берется из ниоткуда, она просто переходит в другие формы. То же самое с зарядом. Общий заряд до эксперимента должен быть равен общему заряду после эксперимента. С зарядом все обстояло прекрасно. Нейтрон заряда не имеет, то есть заряд у
него нулевой. А после распада нейтрона получается протон с зарядом +1 и элек- трон с зарядом -1. Плюс один и минус один дают в сумме ноль. То есть и после реакции распада общий заряд системы остался нулевым. А вот небольшая доля энергии куда постоянно исчезала. — Может быть, при этой реакции образуется еще одна какая-то частичка — без заряда и крайне маленькая, которую мы не умеем пока задержать? Она-то и уно- сит недостающую энергию, — задались вопросом ученые люди, наморщив лбы. Так оно и оказалось. Частичку эту назвали нейтрино. У нее нулевой электри- ческой заряд (как у нейтрона) , огромная скорость и еще одно свойство, из-за которого ее так долго не могли поймать — она почти не реагирует с веществом. Нейтрино может прошить свинцовую плиту толщиной от Земли до Солнца. Солнце излучает триллионы триллионов этих нейтрино, и каждую секунду они прошивают нас и всю Землю насквозь, а нам наплевать. Нет взаимодействия! Зачем я вам рассказал про нейтрино? Зачем вам обращать свое драгоценное внимание на эту ничтожную частичку, если она нас совершенно не замечает, про- шивая насквозь, никак не реагируя? Я преследовал две причины. Во-первых, чтобы вы понимали — хотя учеными от- крыто уже довольно много всякой ерунды в микромире, типа нейтрино, но главны- ми для нас все равно являются вот эти три частицы — электрон, протон, ней- трон . Из них сделано все вокруг нас. А во-вторых, мы с вами уже имеем представление о двух главных силах в при- роде или, иначе говоря, двух основных взаимодействиях, а сейчас узнаем третье — вот как раз с помощью нейтрино. Напомню, потому что повторенье — мать ученья, а мать надо любить: 1) Есть ядерные силы, которые сцепляют протоны и нейтроны внутри ядра, сопро- тивляясь силам электрического отталкивания положительно заряженных прото- нов . 2) Есть эти самые силы электрического отталкивания и притяжения между части- цами. Вот две силы природы, которые мы уже знаем... Только я хочу вас попросить об одном одолжении. Уж уважьте старика! Давайте вместо «сила» будем говорить «взаимодействие». Я понимаю, что слово «сила» вам нравится больше, потому что оно привычнее. Но мы с вами теперь ученые люди, и нам пристали более точные слова и выражения. А мне представляется, что слово «взаимодействие» точнее и умнее. Так что вместо «ядерные силы» и «электромагнитные силы» скажем «силь- ное взаимодействие» и «электромагнитное взаимодействие». Вообще все, что происходит в этом мире, все-все-все движения и явления... ну вот буквально все без исключения объясняется всего четырьмя взаимодействиями. Половину мы уже знаем. Сильное взаимодействие сцепляет нуклоны в ядре, позволяя ядрам существо- вать . Без него ядер атомов просто не могло бы быть. Второе взаимодействие — электромагнитное. Оно отвечает за притяжение разно- именных зарядов и отталкивание одноименных. Плюсик отталкивается от плюсика, минус от минуса; а вот плюсик с минусиком притягиваются, словно магнитики. Поэтому минусовые электрончики охотно подлетают к положительно заряженным яд- рам атомов и начинают вокруг них свое счастливое самозабвенное кружение. Таким образом, электромагнитное взаимодействие обеспечивает нам существова- ние уже не ядер атомов, а самих атомов в сборе. А поскольку все вокруг нас состоит из атомов, электромагнитное взаимодействие для нас является главным. Оно отвечает за все, что происходит в макромире вокруг нас. За всю химию, на- пример, то есть за все химические реакции. Вся наука химия — это сплошное электрическое взаимодействие зарядов. Сила трения — тоже проявление электро- магнитного взаимодействия. И фазовые переходы — таяние льда, испарение воды. Горение дров в печке. Работа нашего организма. Любовь к маме. Свет в окошке...
Все это — проявление электромагнетизма. Но если все вокруг нас — проявление всего двух сил, точнее, взаимодействий, то зачем нужны еще два взаимодействия? Зачем их четыре, если можно обойтись двумя? Зададимся вопросом: а вот распад нейтрона — это какое взаимодействие? Ней- трон один-одинешенек, значит, никакие ядерные силы со стороны других нуклонов на него не действуют. И он электронейтрален — никакие электромагнитные силы на него тоже не действуют. Но он вдруг раз — и распадается. Под воздействием каких-то внутренних сил. Каких? Эти силы называют слабыми — в противовес сильным ядерным. Слабое взаимодействие! Третье по счету. Именно оно отвечает за распад час- тиц . Казалось бы, пустяк. Но если бы не слабое взаимодействие, никакой жизни на нашей планете не было бы. Потому как слабое взаимодействие отвечает за те ядерные реакции, которые идут в Солнце и обеспечивают его свечение. Солнце — источник жизни на Земле. Основной поставщик энергии. Без слабого взаимодейст- вия это было бы невозможно. Именно оно ответственно за те реакции, которые дарят нам тепло и свет. Ну, а четвертая сила природы, четвертое и последнее взаимодействие — грави- тационное . То, что мы ходим по поверхности планеты, а не улетаем в мировое пространство; то, что яблоки и прочие предметы падают на пол, а Земля крутит- ся вокруг Солнца, подставляя ему то один, то другой бочок для обогрева и ос- вещения, — это следствие гравитации, то есть всемирного тяготения. Без него нас бы тоже не было. Все происходящее в мире определяется четырьмя видами взаимодействий. Все тела, имеющие массу, притягиваются друг к другу. Сила этого притяжения невелика, поэтому между не очень тяжелыми предметами совершенно незаметна. Вы, например, притягиваетесь к маме, но не падаете на нее, как камень на зем- лю, потому что силы этого притяжения слишком малы. И только там, где в ход идут гигантские массы, типа массы нашей планеты, сила всемирного тяготения становится заметной и набивает шишки при падении. Земля притягивает, и это прекрасно.
Вот все четыре взаимодействия, которые существуют в природе. Больше никаких нет. И они за все происходящее в мире отвечают. Посмотрите на рисунок, там все прекрасно показано. Теперь, узнав про это, вы стали необыкновенно умными. То ли еще будет! Глава 5. Колдуны и ученые Человечество существует десятки тысяч лет. А наука в современном понимании этого слова существует лет двести. Ну, пусть триста. А до этого человечество слепо тыкалось в природу, норовя путем проб и ошибок чего-то достичь в прак- тическом смысле. И вот, поднакопив знаний, человечество стало их систематизи- ровать, анализировать и заложило основу науки. После чего прогресс и развитие цивилизации ускорились. Развитие человечества пошло невероятно быстро. Даже вы, мой юный или не очень читатель, знаете об устройстве мира больше, чем знало все человечество пятьсот лет назад. Вы знаете, как устроено вещест- во . А раньше человечество об этом даже представления не имело. И потому в Средние века, то есть лет пятьсот — шестьсот назад была весьма популярной идея сделать золото из какой-нибудь дряни. Люди, которые этим занимались, назывались алхимиками. Алхимия — предтеча химии, то есть невзрачное сухое зернышко, из которого потом выросло прекрас- ное растение науки по имени химия. Алхимиков очень любили средневековые правители. Они выделяли им пару комнат в своих замках, и алхимики проводили там свои опыты — нагревали в банках и ретортах разные вещества, смешивали их в случайном порядке, пытаясь достичь результата. В основном их работа была направлена на поиск трех вещей: ■ панацеи (лекарство от всех болезней), ■ эликсира бессмертия (средство для вечной жизни) ■ и философского камня, который бы превращал разные вещества в золото. В надежде на эти прелести средневековые владельцы замков и оплачивали бе- зумные опыты алхимиков, которых в народе считали колдунами. Чаще всего алхимики пытались с помощью разных ухищрений превратить в золото ртуть и свинец. Почему? А посмотрите в таблицу Менделеева! Где расположены ртуть и свинец? Рядом с золотом! То есть по тяжести они почти одинаковы. Точнее говоря, почти одина- ковы по плотности. Интуиция подсказывала алхимикам, что раз у этих металлов похожи некоторые свойства (плотность), значит, копать надо в этом направле- нии, сделать еще какой-то шажок, чего-нибудь добавить, и серый невзрачный легкоплавкий мягкий тяжелый свинец превратится в желтое сверкающее мягкое ту- гоплавкое тяжелое золото. Увы! Не получилось. И мы теперь знаем, почему. Потому что золото — химический элемент, то есть простейшее вещество. Слож- ное вещество можно собрать из простых. Сложное вещество можно разложить на простые. И если бы золото было веществом сложным, его можно было бы сконст- руировать из химических элементов, как поваренную соль можно сделать химиче- скими методами из натрия и хлора, а воду — из водорода и кислорода. Но золото вещество простое, это элементарная деталька химического конструк- тора природы. Из деталек можно собирать что-то более сложное химическими ме- тодами . А вот золото собирать не из чего: оно само уже сделано из элементар- ных частиц. Почему нельзя превратить свинец в золото?
Свинец имеет номер 82 и атомный вес 207 единиц. То есть в его атомном ядре 82 протона и (207 — 82) = 125 нейтронов. А у золота номер 79 и вес — 196. То есть в его ядре 79 протонов и 117 про- тонов . Чтобы превратить атом свинца в атом золота, нужно как-то вынуть из его ядра три протона и догрузить восемью нейтронами. Потом надо смахнуть с орбиты лиш- ние электроны. И это нужно сделать с каждым атомом свинцового слитка, а этих атомов в 1 грамме свинца больше, чем звезд на небе. Вы не знаете ближайший магазин, где продаются вразвес нейтроны? А где можно достать такой пинцет и такой микроскоп, чтобы увидеть атом и с ним порабо- тать? Нет такого пинцета! Потому что пинцет сам состоит из атомов. Невозможно. Именно это слово возникло в голове у химиков, когда наука узнала, как уст- роено вещество. Им оставалось только улыбаться, вспоминая наивные попытки средневековых алхимиков. Ну, невозможно превратить один химический элемент в другой! Никак нельзя. И всем это стало понятно. Каково же было удивление ученых, когда они узнали, что иногда одни химиче- ские элементы все-таки превращаются в другие! Сами по себе. Правда, в количе- стве одного атома, а не всего слитка целиком. Почему так бывает? А помните мы говорили про изотопы? Это такие атомы-уродцы, у которых на один-два лишних нейтрона больше, чем у собратьев. Так вот, эти лишние нейтро- ны, чувствуя свою ненужность плотной семье атомного ядра, впадают в меланхо- лию и кончают жизнь самоубийством. Распадаются. Так бывает не всегда. Есть стабильные изотопы, в которых нейтронам живется хорошо, они водят хороводы и всячески прославляют жизнь внутри атомного ядра, даже не думая распадаться. Но не все изотопы столь благостны. Газ неон, например, которым заполняют неоновые лампочки, имеет стабильные изотопы. В норме у «здорового» атома неона 10 нейтронов на 10 протонов. Но среди нормальных атомов встречаются и изотопные, у которых 12 нейтронов. Ни- чего, прекрасно себя такой неон чувствует. Неон-22 столь же устойчив, что и неон-20. Цифра здесь — это атомный вес, как вы поняли. Есть стабильные изотопы и у кислорода. Например, кислород-17 и кислород-18. В норме атомный вес кислорода — 16 единиц (если не верите, гляньте в табличку дедушки Менделеева), но если присутствует лишний нейтрончик, то вес вырастает 17 ^ 18 на единичку, и получается О . А если два лишних нейтрона — О Науке на сегодняшний день известно несколько сотен стабильных изотопов у разных элементов и несколько тысяч нестабильных. Нестабильные — самые интересные! Возьмем, например, нестабильный изотоп уг- лерода. Он называется углерод-14 или кратко — С14. Углерод имеет номер 6 (проверьте, не соврал ли дядя-писатель) и атомный вес 12. То есть у нормального, прилично себя ведущего углерода 12 нуклонов в атомном ядре — 6 протонов и 6 нейтронов. А вот у «больного» углерода на два нейтрона больше, соответственно атомный вес, измеряемый в гирьках нуклонов, у него составляет 14 единиц. Потому и зо- вут его углерод-14. Такой больной атом с раздутым нейтронным флюсом долго не живет. Впрочем, смотря, что называть словом «долго». Срок его существования измеряется тыся- челетиями . По сравнению с человеческой жизнью это много, конечно. Но если сравнивать с нормальными ядрами, которые «живут» вечно, то это просто миг. Что же происходит с С14 после «смерти»? Как он заканчивает свой жизненный путь?
Один из лишних нейтронов распадается. Мы уже знаем, что при этом получается — протон, электрон и нейтрино. Легкий электрон и совсем невесомое нейтрино выстреливаются из ядра с огромными скоростями и уносятся, как пули, прочь, а тяжелый протон остается в ядре. А что это значит? Это значит, что в ядре стало на один протон больше, то есть углерод превра- тился в азот! Именно у азота в ядре 13 протонов. Можете посмотреть в таблице Менделеева. Вообще, это удивительно! Свойства химического элемента, как мы знаем, опре- деляются количеством протонов в ядре его атома. И вот к каким переменам при- водит добавление всего одного лишнего протона... Углерод (6 протонов) — черный, твердый, пачкающий материал. Посмотрите на грифель простого карандаша — это чистый углерод. А азот (7 протонов) — прозрачный газ без запаха. Тем не ме- нее, углерод превратился в азот, стоило появиться там лишнему плюсовому заря- ду. Понятно, что превратился в азот всего один-единственный изотопный атом из миллионов окружающих его нормальных углеродных, но все равно интересно. Срок жизни атома-уродца по имени Углерод-14 составляет... А сколько же он со- ставляет? Выше я написал, что несколько тысяч лет. Почему так неточно? Что дяде-писателю помешало написать точный или хотя бы приблизительный срок жизни С14? А то помешало, что у атома изотопа углерода нет определенного срока жизни. Он может прожить минуту, а может сто тысяч лет. Предсказать это никоим обра- зом невозможно — таковы законы микромира. Но зато мы может предсказать дру- гое! Мы совершенно точно можем указать период полураспада, то есть тот срок, за который распадется половина атомов-мутантов. Для углерода-14 он составляет 5700 лет. То есть из миллиона атомов-мутантов через 5700 лет распадется 500 тысяч. Через следующие 5700 лет распадется еще половина — 250 тысяч. Еще че- рез один период полураспада снова распадется половина — 125 тысяч. И так да- лее. То есть в микромире мы можем предсказывать поведение только больших ансамб- лей микрочастиц. А поведение одной частицы предсказать не можем. В этом эле- ментарные частицы схожи с людьми, между прочим! Мы не можем предсказать, пой- дет ли конкретный Вася Пупкин сегодня в магазин или накатит рюмку и проспит весь день дома, а в магазин отправится завтра. Но мы, изучив статистику, мо- жем точно сказать: ежедневно этот магазин посещают около четырех тысяч чело- век . А каковы их фамилии, неважно. Таким образом элементарные частицы обладают своим собственным непредсказуе- мым поведением. Мы не в состоянии предсказать поведение частицы не потому, что чего-то еще не знаем про ее свойства или устройство, а потому, что такова природа вещей — в наш мир на уровне элементарных частиц вшита принципиальная непредсказуе- мость. Именно поэтому мир не фатален, то есть непредсказуем, ведь он состоит из непредсказуемых частиц! Мы может делать краткосрочные прогнозы с той или иной степенью точности и уверенности, но все до конца предсказать невозможно. Даже указанная выше статистика имеет погрешности — я имею в виду пример с ма- газином. Да, мы знаем, что его ежедневно посещает около четырех тысяч человек плюс-минус сто. Откуда мы это знаем? Из опыта! Таковы данные наблюдений со времени открытия этого магазина. Никогда там не было за день менее 3900 чело- век и более 4100. А в среднем — 4 тысячи. Значит, можно сделать предсказание: и завтра тоже придут четыре тысячи плюс-минус сотня. Эта неточность в предсказании — следствие общемировой не- предсказуемости . Вот, казалось бы, математически точная наука баллистика — она рассчитывает, куда упадет снаряд из пушки при определенном угле возвышения ствола и скоро-
сти вылета. Строгие формулы всегда дают однозначный вариант: снаряд упадет в такую-то точку. Однако на практике снаряд может упасть чуть правее или чуть левее, чуть дальше или чуть ближе расчетной точки. Предсказать, куда шварк- нется данный конкретный снаряд, невозможно. Но известно, что снаряды всегда падают в некую область, которая называется эллипсом рассеивания. И потому со- вершенно точно мы можем лишь сказать: с вероятностью в 100 процентов снаряд попадет в эллипс рассеивания. Это — свидетельство несовершенства мира, его непредсказуемости, вшитой в саму основу бытия — в законы существования эле- ментарных частиц. ЦЕНТР РАССЕИВАНИЯ Q Эллипс рассеивания. Так ложатся снаряды — гуще всего в центре, реже по окраинам. Запомните — любое измерение всегда неточно, всегда в пределах определенного допуска. Каждый прибор имеет ошибку измерения. Любое предсказание тоже неточ- но . Правда, в большинстве бытовых ситуаций точность расчетов такова, что вполне нас удовлетворяет и все наши потребности покрывает. Скажем, напряжение в розетке может чуть-чуть колебаться, отклоняясь от положенных 220 вольт. Но приборы, рассчитанные на 220 вольт, эти небольшие штатные колебания выдержи- вают , поэтому можно не волноваться. И так везде. Вот так вот, друзья мои! Период полураспада — это вам не фунт изюму. Но зато, зная период полураспада углерода-14, ученые придумали, как опреде- лять возраст старинного предмета, если он содержит углерод. Как правило, речь идет о возрасте деревяшек — например, найденных остатках древнего корабля, стреле охотника или угольке первобытного костра. Деревяшки — это сплошной уг- лерод, в древесине его просто уйма. Недаром слова «уголь» и «углерод» одного корня. Так вот, пока дерево живет, оно дышит. Дышат растения, как знает каждый старый и малый, углекислым газом, который мы выдыхаем. А растения, наоборот, выдыхают кислород, которым дышим мы с вами. Поэтому растения для нас очень полезны не только потому, что мы их едим. Мы без растений просто жить бы не смогли. Углекислый газ — сложное вещество, состоящее из простейших химических эле- ментов : одна молекула углекислого газа сделана из двух молекул кислорода и одной молекулы углерода — СОг. Дерево своими зелеными листочками поглощает углекислый газ. Зеленые листочки — это реакторы. В них в результате сложной
реакции, проходящей при участии солнечного света, молекула углекислого газа разрывается, кислород вылетает, а из углерода дерево строит себя — ствол. А мы с вами потом выделенный кислород вдохнем, выдохнем углекислый газ, а ствол срубим и сожжем, разбивая кочергой угольки в печке. Так вот, строя свой ствол из углерода воздуха, дерево накапливает не только нормальные атомы углерода, но и уродливые — нестойкие изотопы С14, которые там одновременно накапливаются и потихоньку распадаются. А когда дерево срубают на дрова или чтобы сделать из него корабль, оно ды- шать перестает. А значит, в нем перестает накапливаться углерод, включая уг- лерод-14. И дальше изотоп только распадается. Его становится все меньше и меньше и меньше. Через 5700 лет останется половина. Еще через 5700 лет еще половина... Зная количество углерода С14 в воздухе и измерив, сколько его оста- лось в древней деревяшке, ученые узнают, когда дерево было срублено и отправ- лено в костер или на строительство. Достали археологи со дна моря древний корабль, отдали образцы на анализ и получили возраст, когда корабль был построен. Правда, таким методом нельзя определить совсем уж древние образцы, потому что примерно через 40-50 тысяч лет углерод-14 распадается почти весь, его остается так мало — буквально счи- танные атомы, что определить возраст предмета уже не представляется возмож- ным. У вас может возникнуть вопрос. Ну, хорошо, дерево срубили, оно перестало дышать и накапливать этот изотоп из воздуха. Но в воздухе-то он откуда берет- ся? Почему в воздухе он до сих пор весь не распался за миллионы и миллиарды лет существования нашей планеты? Он что, там постоянно образуется? Конечно! Если бы не образовывался, давно бы уже не было на Земле никакого с14. В верхних слоях атмосферы углерод-14 постоянно образуется из атмосферного азота под воздействием космических лучей, то есть активного солнечного излу- чения. Сначала космические лучи, сталкиваясь с веществом атмосферы, вышибают из него нейтроны. А уже эти вышибленные одинокие нейтроны сталкиваются с яд- рами атомов азота. Что получается? Простая формулка ядерной реакции написана ниже: n + 7N14 = бС14 + р+ Страшная формула? Да ничего подобного! Простенькая. Тут все как на ладони. Смотрите, нейтрон (п) налетает на ядро атома азота (N), имеющего 7 протонов и атомный вес в 14 единиц. И вышибает из него один положительно заряженный про- тон (р+) . В результате получается элемент № 6, то есть с шестью протонами в ядре, а это углерод. Можете проверить по таблице Менделеева, если не верите. Атомный вес ядра при этом не меняется, поскольку на месте выбитого протона остается нейтрон. Вот так в атмосфере все время образуется углерод-14. Этого углерода в атмо- сфере нашей планеты образуется каждый год... как вы думаете, сколько? Сразу скажу: не замахивайтесь на большие числа. Правильный ответ — около 8 кило- граммов. А всего углерода-14 в атмосфере Земли — 75 тонн. Способность изотопов распадаться называют радиоактивностью. Это слово вам, наверное, известно. Оно всем известно и всех пугает, особенно взрослых. Это слово сразу связывается в их сознании с атомными бомбами, на месте взрыва ко- торых остается радиоактивное загрязнение, которое убивает людей. Ведь энергию своего взрыва атомные бомбы получают как раз за счет распада изотопов тяжелых металлов. Так же как и атомные электростанции, кстати. Об этом стоит поговорить подробнее...
Глава 6. Маша и радиоактивность Это теперь мы такие умные. А всего каких-нибудь сто лет назад люди ничего ни о радиоактивности, ни о строении атомов толком не знали. Ну, то есть были, конечно, идеи, что вещество состоит из мельчайших неделимых крупинок — ато- мов . А те в свою очередь — из частичек, имеющих положительный и отрицательный заряд. Но дальше этих идей дело не заходило. Кроме того, было также понимание, что в нашем мире, помимо вещества, суще- ствует еще нечто. И это нечто — лучи. Излучение. Лучший пример — свет. Ведь свет — это же не вещество! Это нечто отличное от вещества. Ну и назовем его лучами! Люди изучали солнечные лучи, наблюдая, как они преломляются в стеклянных призмах и как фокусируются стеклянными линзами. Лучи пропускали через дыроч- ки, решетки, наблюдали за тенями... В XVII веке английский физик Ньютон открыл дисперсию света — он направил тонкий солнечный луч на грань стеклянной призмы и увидел, как белый луч разложился на семь цветов радуги. — Ага! — смекнул Ньютон. — Значит, белый цвет состоит из семи разных цве- тов , это смесь! То есть вот как получается — сложные химические вещества состоят из элемен- тарных, а сложный белый свет — это смесь более простых, элементарных «све- тов». Интересно. Но что же такое свет по природе своей?.. Дисперсия света — разложение одинокого солнечного луча, пропущенного через дырочку в непрозрачном экране на отдельные цветные лучи. Схема ньютоновской установки. Что такое свет?.. Ньютон думал, что свет — это поток летящих от Солнца мельчайших частичек — корпускул. Другие ученые считали иначе. Нет, говорили они, свет — это волна! Волна? Почему волна? Какая такая волна? Что за странная идея? Объясню... Что такое волны, мы прекрасно знаем. Каждый видел волны на поверх- ности моря, озера или реки... Волна — это не вещество, волна — это процесс, ко- торый происходит в веществе. Мы смотрим на море и видим: волны бегут. Причем, что интересно, волны-то бегут, а вода не бежит! Вода остается на месте. Час- тички воды (молекулы) просто периодически колеблются, поднимаясь то вверх, то вниз, создавая иллюзию перемещения воды. Волна по поверхности воды действи-
тельно распространяется, а вот сама вода остается на месте, точнее, синхронно колеблется вверх-вниз. Понятно? Сейчас будет понятно. ВЕТЕР Длина волны Уровень «спокойной» воды Волна бежит, а среда, ся на месте. по которой распространяется волна, остает- Вы можете привязать прыгалки или веревку к дверной ручке и пускать по ним волну. Волна будет бежать по прыгалкам, но сами прыгалки, как видите, никуда не бегут, а остаются на месте — между дверью и вашей рукой. Они просто колеб- лются . Важнейшее свойство волны — она всегда распространяется по чему-то, по ка- кой-то среде. По воде, по прыгалкам, по воздуху. Именно с помощью воздушных волн мы слышим друг друга. Мама ртом пускает воздушную волну, она воздействует на ваши барабанные пе- репонки, а вы старательно делаете вид, что не слышите, как она зовет вас уби- рать игрушки или спать. Потому что спать вы еще не хотите, а убирать игрушки вообще бессмысленное и даже вредное дело, они и так лежат там, где должны — на полу, под рукой. Так что лучше мамину звуковую волну не слушать, а почи- тать эту публикацию. В конце концов, если ей нужно, пусть сама уберет. А вы ей это вредное дело, уж так и быть, простите, ибо великодушие ваше безмерно. В общем, волна всегда распространяется в чем-то. А если ничего нет, то и волны быть не может — на чем же ей распространяться, коли нету ничего! Коле- баться-то нечему! А на нет, как говорится, и суда нет. Но раз так, то по чему, по какой такой среде распространяется свет, если он волна? Явно не по воздуху. Потому что свет может распространяться и в космо- се, далеко от Земли, где земная атмосфера заканчивается. Именно так, через пустоту космическое излучение и прилетает на нашу планету. Как же оно по пус- тоте распространяется, если пустота — это ничто, а значит не по чему волнам распространяться! Но лучи от Солнца запросто доходят! И с чего вообще эти ученые, которые спорили с Ньютоном, взяли, что свет — это волна? Что за странная идея вообще? А эти ученые-физики занимались изучением волн — разных. Они исследовали свойства волн. И нашли, что у волн тоже есть свойства. Ну, например, скорость распространения. Скорость волны в среде определяется свойствами этой среды —
чем плотнее среда, тем быстрее бегут по ней волны. Скорость звука в воздухе — 330 метров в секунду. Зная ее, можно определять, насколько далеко от вас вспыхнула молния на небе. Если после вспышки молнии звук грома донесся до вас через 5 секунд, значит, молния ударила примерно в полутора километрах: 330 х 5 = 1650 метров = 1,65 км А вот в металле скорость звука значительно выше, чем в газе. Если вы удари- те молотком по стальному рельсу, то звуковая волна по нему побежит со скоро- стью примерно 5000 м/с. Пять километров в секунду! Кроме того, у волн оказались и разные другие свойства. Например, волны мог- ли складываться или, напротив, гасить друг друга, создавать разные причудли- вые картины в зависимости от разных условий. И вот все эти свойства волн физики обнаружили у света! Значит, свет — это волна, решили они. И значит, никакой пустоты в космосе нет, а есть особая среда — мировой эфир, по которому бежит волна, которую мы воспринимаем как свет. Вот так вот, милейший Ньютон!.. О том, кто оказался прав — Ньютон или его оппоненты, мы поговорим позже. А сейчас нам надо просто знать, что к концу позапрошлого века у физиков было довольно примитивное понимание: в мире существуют лучи и вещество. Вещество при этом состоит из атомов. А атомы — из положительных и отрицательных заря- диков. Нейтроны тогда еще не были открыты, хотя наука всячески пыжилась, изу- чая вещество, и вот однажды столкнулась с явлением распада этого самого веще- ства. Позже процесс распада вещества назвали радиоактивностью. Обычно, рассказывая об открытии радиоактивности, говорят о Марии Склодов- ской-Кюри. Не будем и мы отказываться от этой хорошей традиции. Тем более, что женщина в науке — явление редкое, как изотоп, и потому достойное тщатель- ного разглядывания через лупу. Мария считается французским физиком, но происхождения она польского, так как родилась в Варшаве. А поскольку Варшава тогда была под управлением Моск- вы, можно по праву сказать, что она — наша соотечественница, то есть поддан- ная Российской империи, которой тогда принадлежала Польша. Соответственно, Маша прекрасно говорила по-русски. Причем есть еще сведения (правда, оспари- ваемые) , что предками Марии были евреи. Иными словами, целых четыре страны могут сегодня гордиться Марией — Россия, Польша, Израиль и Франция. Ее порт- реты красовались на польских и французских деньгах, а памятники Марии Скло- довской-Кюри ныне стоят и в Польше, и во Франции. Польские женщины, как правило, красивые, а еврейские умные. Не была исклю- чением и Мария. Правда, несмотря на хорошую голову, проявиться ее таланту по- началу было негде: родилась Мария в бедной многодетной семье. Ей стукнуло 11 лет, когда мать умерла от туберкулеза, и отец, работавший преподавателем фи- зики в гимназии, выбивался из сил, чтобы прокормить пятерых детей. Но Марии повезло. Училась она хорошо, ей страшно нравилась химия, а другом ее отца был... угадайте кто? Менделеев. Он заметил талантливую девочку и ска- зал , что ее ждет великое будущее. Это напутствие весьма вдохновляло, однако финансов не прибавляло — денег на университет у Марии все равно не было. По- этому она договорилась с сестрой, и они по очереди работали несколько лет, чтобы дать возможность друг другу получить образование — работающая сестра платила за ту, которая учится. Сначала отучилась сестра Марии, а Мария, рабо- тая гувернанткой, обеспечивала ее. А когда сестра выучилась на врача и начала работать, то стала в свою очередь оплачивать учебу Марии. Ловкие девки! В Варшаве тогда женщин в университет не принимали, поэтому обе сестры учи- лись в Париже. Мария там же вышла замуж и больше никуда из Франции не уезжа- ла . Потому что во Франции хорошо. Мужем Марии стал физик Пьер Кюри. Менять фамилию молодая жена не стала и потому вошла в историю науки под двойной фамилией — как Мария Склодовская-
Кюри. Исследования они с мужем проводили вместе. Пьер вскоре защитил диссер- тацию и стал доктором наук, а Мария, родив дочь, тоже начала искать тему для научной работы. Чем заняться? В ту пору в Европе стоял большой шум вокруг1 удивительных открытий Беккереля и Рентгена. В особенности Рентгена, конечно. Все газеты тогда взахлеб писали о новом чуде, которое наука в лице Рентгена подарила человечеству. Вы, конечно, знаете, что открыл Рентген. Он открыл рентгеновские лучи, с помощью которых теперь врачи просвечивают человека и делают рентгеновские снимки, на которых прекрасно видны переломы костей, проглоченные пуговицы и прочие болячки. Сейчас это дело привычное — подумаешь, рентгеновский снимок! А тогда весь мир был буквально шокирован — ни хрена себе! Можно видеть сквозь непрозрачные вещи, просветив их особыми лучами и сделав фотоснимок! Газеты в ужасе писали, что теперь хулиганы будут видеть голых дам прямо на улице, сквозь одежду, просвечивая их чудо-лучами. На полке одного книжного магазина в Германии стоял снимок просвеченной рентгеновскими лучами человече- ской кисти — ясно виднелись кости и золотое кольцо, надетое на палец. Это бы- ла рука супруги Рентгена. Как же Рентген открыл свои чудо-лучи? И при чем тут супруги Кюри? К тому времени люди уже давно экспериментировали с электричеством и научи- лись получать потоки свободных электронов в вакууме, то есть в пустоте. Из стеклянной колбы откачивался воздух, при этом в колбу были впаяны с двух сто- рон металлические электроды, на них подавалось высокое напряжение, и один из электродов начинал испускать поток электронов. От этого электрода (катода) поток электронов летел через пустоту лампы к другому электроду (аноду). Так вот, Рентген заметил, что эти электроны, бомбардируя железяку анода, производят некое излучение, которое проникает через непрозрачные материалы и может засвечивать фотопластинки. То есть, направив эти загадочные лучи, на- пример, через человеческую руку на фотопластинку, можно получить фотографию просвеченной человеческой руки! Рентгеновская трубка (электроны бомбардируют анод и генерируют лучи) и рентгеновский снимок. Рентген начал проводить опыты и обнаружил, что эти лучи проникают и через черную бумагу, и через доску толщиной в 3 сантиметра, и даже через лист алю- миния. Ну, конечно, это было удивительно! Еще бы! Нашлись, кроме привычных лучей видимого света, еще и невидимые, но очень проникающие лучи, для которых про- зрачны те вещества, которые непрозрачны для обычных солнечных лучей. Рентген назвал их Икс-лучами. Все сразу кинулись эти лучи исследовать, и за год учеными было опубликовано
больше тысячи работ, посвященных загадочным лучам. Тут же придумали использо- вать их в медицине. Об открытии Рентгена узнал физик Беккерель, который проводил разные экспе- рименты с солями урана. Уран — это редкий и очень тяжелый металл (тяжелее зо- лота и свинца), а соли урана — это соединения урана с другими химическими элементами; точно так же, как поваренная соль — соединение металла натрия с хлором. Присутствовавший на рентгеновских опытах Беккерель обратил внимание, что под воздействием пучка электронов обычное стекло начинает светиться зеленым светом. Он знал, что соли урана тоже могут светиться красивым зеленоватым светом под воздействием прямых солнечных лучей. «А вдруг они при этом, кроме зеленого света, и другие лучи излучают, например, рентгеновские?» — внезапно подумал он. И решил проверить свое предположение. Положил фотобумагу в черный, непрозрачный для солнечных лучей конверт, сверху придавил куском урановой соли и выставил на свет. Уран засветился зе- лененьким. Беккерель проявил фотобумагу, обнаружил на ней засвеченное пятно и сделал вывод: при облучении солнечным светом урановые соли начинают испускать рентгеновские лучи точно так же, как бомбардируемый электронами металл. И ошибся! Причем ошибся дважды. Первая ошибка выяснилась через несколько дней — когда выдался пасмурный день, солнышка на небе не было, Беккерель вздохнул и ушел из лаборатории, ос- тавив кусок урановой соли на черном непрозрачном конверте с фотобумагой. А на следующий день машинально проявил фотобумагу и остолбенел: бумага все равно была засвечена! Значит, урановые соли излучают какие-то проникающие лучи не под действием солнечного света, а сами по себе! Вот это да! . . Спасибо плохой погоде, если бы не она, открытия б не случилось или оно случилось бы позже. В дальнейшем Беккерель открыл, что еще сильнее излучают не соли урана, а сам металлический уран без всяких «примесей». Вторая ошибка выяснилась позже, когда оказалось, что это все-таки не рент- геновские лучи. «Лучи урана» обладали еще большей проникающей способностью, чем лучи Рентгена! А кроме того, было обнаружено, что «урановые лучи» ионизи- руют воздух, то есть при столкновении с молекулами воздуха они энергично сры- вают с молекул самые дальние электроны. И получаются ионы. Поэтому излучение Беккереля назвали ионизирующим. Разумеется, один из самых больных вопросов, вставших перед наукой, был та- кой — если «урановые лучи» возникают не при подводе энергии извне (никакое солнечное облучение для них, оказывается, не нужно) и являются свойством са- мого урана, то откуда же этот уран берет энергию? Закон сохранения энергии был давно уже известен, было ясно, что из ниоткуда энергия взяться не может — она либо поступает извне, из какого-то источника (например, Солнца), либо ко- гда-то заранее накоплена (так мы накапливаем энергию в поднятой кверху гире часов с кукушкой). На вопрос об энергии (откуда она берется у урана) ответим так. Да, действи- тельно, внутри урана есть источник ранее накопленной энергии, которая посте- пенно высвобождается при излучении, как из подвешенного дырявого ведра посте- пенно выкапывает вода, пока вся не кончится. Источник этот был заложен в уран так же, как закладывается распадная энергия в углероде-14, то есть во время создания самого вещества. Разница только в том, что углерод-14 производится в настоящее время в атмосфере, и его молекула запасает энергию космических лу- чей, а уран был «произведен» природой миллиарды лет назад, просто период его полураспада гораздо больше, чем у углерода-14... Впрочем, это сейчас мы с вами знаем о распаде и можем на данный вопрос ответить. А Беккерель ничего о рас- паде не знал! И никто не знал. Тогда люди просто столкнулись с необычным яв- лением и заинтересовались.
Так вот, среди заинтересовавшихся была и наша знакомая Мария Склодовская- Кюри — та самая женщина, которая потом назовет это явление радиоактивностью. Мария задалась совершенно правильным вопросом: а нет ли других веществ, по- мимо урана, которые вот так же обладают свойством испускать невидимые, но проникающие лучи? И прекрасным летом 1898 года она приступила к исследованиям. Вскоре выясни- лось, что, кроме урана, излучает еще и торий. А однажды, изучая урановую руду определенного сорта из Чехии (она называлась смоляная обманка), Мария неожи- данно обнаружила, что эта смоляная обманка излучает гораздо сильнее, чем даже чистый уран! Как такое может быть, чтобы уран с пустой породой излучал силь- нее чистого урана? Значит, в этой породе есть еще какой-то неизвестный эле- мент, который излучает сильнее, чем уран, только так можно объяснить этот фе- номен ! Догадка оказалась верной, в смоляной обманке (смешное все-таки название и очень верное!) обнаружилось целых два доселе неизвестных науке металла. Ма- рия , как первооткрыватель, дала им названия. Первый найденный металл она на- звала в честь своей родины Польши — полонием, а второй — радием. Для того, чтобы выделить эти металлы из горной породы в чистом виде, муж Марии Пьер отложил свои исследования и начал помогать жене. Ими была проведе- на тяжелая, огромная, очень грязная и довольно опасная для здоровья работа. Для того, чтобы вы поняли объем этой работы, нужно отметить, что содержание полезного вещества (радия) в руде составляло всего одну миллионную часть. То есть на миллион атомов пустой породы приходился только один атом радия. Чтобы выделить одну десятую долю грамма радия (причем даже не чистого ра- дия, а хлорной соли радия), супругам пришлось на протяжении нескольких лет в дырявом продуваемом сарае перерабатывать в огромных чанах тонны и тонны руды, обрабатывая ее вредной серной кислотой. Работа отнимала все время, с деньгами было очень туго, а тут еще маленький ребенок... Но ребята справились! И через четыре года искомое вещество — соль радия — было в наличии. Оно было прекрасно! Если соли урана светились тусклым зеленым светом, то соль радия не только светилась прекрасным голубоватым светом, но и испускала тепло! Как видите, радий был весьма активен! Все газеты того времени писали об этом удивительном радии. А русский поэт Маяковский, иллюстрируя, как трудно ищутся нужные слова для рифм, сравнил на- писание стихов с трудами Марии Кюри: «Поэзия — та же добыча радия. В грамм добыча, в годы труды. Изводишь единого слова ради Тысячи тонн словесной руды». Да, радий произвел большое впечатление на человечество. Великий ученый Аль- берт Эйнштейн даже сравнил обнаружение радиоактивности с покорением огня, на- столько большое значение он придавал этому открытию. По результатам своей тяжкой работы Мария написала и с блеском защитила док- торскую диссертацию, которая, по мнению научного комитета, была признана ве- личайшей из всех ранее существовавших докторских работ. Вскоре за эту работу ей и ее мужу была вручена высшая научная награда — Нобелевская премия. Мария считала себя самым счастливым человеком. Она говорила, что «обрела в браке все, о чем только могла мечтать и даже больше того». Уже позже выяснилось, что это «больше» было смертью. Радиоактивность — очень опасная вещь. Ее воздействие на организм совершенно никак не ощущается, но она убивает человека, разрушая его организм своим про- никающим излучением. Это называется лучевая болезнь. Страшная штука... Но тогда
об этом ничего еще не знали, поэтому исследователи брали радиоактивные препа- раты голыми руками, носили их в кармане, а Мария таскала на груди кулон с ра- диоактивным радием. Он был все время теплым и так красиво светился в темноте... В результате у Марии Кюри все руки были в незаживающих язвочках, а сама она в конце концов умерла от рака крови, вызванного лучевой болезнью. И не только она! Умерла от лучевой болезни вся ее семья — и дочь, и муж ее дочери, по- скольку они жили вместе с Марией. Не умер от лучевой болезни только муж Марии — Пьер, да и то лишь потому, что в 1906 году погиб в дорожно-транспортном происшествии. Только попал он не под машину, которых в Париже тогда еще прак- тически не было, а под конный экипаж. Мария тяжело переживала смерть мужа и соратника по борьбе с загадками при- роды . Только наука и дальнейшие исследования поддерживали ее в горе. Она ста- ла первой женщиной, которая читала лекции во французском университете и воз- главляла там кафедру, при этом продолжая работу в лаборатории. Ей хотелось выделить из соли чистый металлический радий. И уже после смерти мужа, в 1910 году — через 12 лет после начала исследований — это удалось, наконец, сде- лать . И за это в следующем году ей была вручена вторая Нобелевская премия. 12 лет работы с радиоактивными материалами... За эти годы радиоактивная пыль пропитала буквально все в лаборатории и доме Кюри. Когда через полвека к лис- точку из блокнота, в котором супруги Кюри вели свои записи, поднесли прибор для замера ионизирующего излучения (он называется счетчик Гейгера), счетчик тревожно застрекотал, оповещая о высоком уровне радиации. А когда этот листок положили на фотопластинку, лучи от микроскопических радиоактивных пылинок, застрявших в бумаге, эту пластинку засветили. На фото даже был виден след от пальца — то ли Марии, то ли Пьера Кюри, которые когда-то держали в руках этот радиоактивный блокнотный листок. Так что же это были за лучи такие смертельные? И почему тяжелые металлы их излучают? Физик Резерфорд выдвинул гипотезу (научное предположение), что радиоактив- ное излучение — это следствие распада атомных ядер. При распаде, по мысли Ре- зерфорда, радий превращается в другой элемент. Как мы с вами уже знаем, эта гипотеза потом подтвердилась. Ученые, увлеченно изучающие распад атомных ядер, выяснили, что при этом процессе образуются целых три вида излучения. Как выяснили? Да легко — они пропускали таинственные лучи между полюсами обычного магнита. К тому времени люди уже давно знали, что магнит влияет на летящие электрические заряды, от- клоняя положительные заряды в одну сторону, а отрицательные в другую. И пыта- лись таким образом определить: а не являются ли таинственные лучи просто- напросто потоком заряженных частиц? Если магнит на них повлияет, значит таин- ственные «лучи» — это просто поток заряженных частичек. Все гениальное про- сто! Тогда-то и выяснилось, что есть целых три сорта радиационного излучения! Ученые назвали их альфа-излучением, бета-излучением и гамма-излучением и обо- значили для краткости греческими буквами — а, р и Y- Оказалось, что часть «лучей» в магнитном поле немного отклоняется магнитом вправо (эту часть излучения назвали альфа), другая часть довольно сильно от- клоняется влево (бета), а третья часть пролетает, не замечая магнита (гамма). Зная, как действует магнит на заряды (а наука, как мы уже сказали, к тому времени имела об этом представление), ученые сделали вывод: то, что отклони- лось немного вправо — струя положительных частичек, причем тяжелых, судя по небольшому отклонению. Другая часть, отклоненная сильно влево — это отрица- тельно заряженные частицы, причем легкие, поскольку магниту легко их откло- нить. Ну, а третья часть, которая магнитом не отклонилась — электронейтраль- на.
Разделение ионизирующего излучения на три сорта — альфа, бета и гамма. Что такое легонькие отрицательные частицы, ученые уже знали — это электро- ны . Значит, бета-излучение есть не что иное, как обычный поток электронов. Эта загадка решена. Альфа-излучение, то есть положительно заряженные частицы оказались ядрами гелия (два протона, два нейтрона). Найдите гелий в таблице Менделеева, не по- ленитесь . Видите — два положительно заряженных протона и вес в четыре едини- цы. Получается, что тяжелые ядра некоторых металлов, распадаясь, выплевывают сгусточек, состоящий из двух протонов и двух нейтронов. Ну, а то, что прошло сквозь магнитное поле, не отклоняясь, то есть было электрически нейтральным, и есть собственно лучи. Те самые, загадочные и про- никающие . Из чего они «сделаны»? Ответа на этот вопрос у ученых не было. Видимо, из того же, из чего сделаны лучи Солнца, то есть видимого света. Ньютон предполагал, что это поток части- чек, а другие ученые, изучавшие волны, считали, что свет — волны, то есть ко- лебание мирового эфира. Солнечный свет мы видим глазами, но для него мы сами непрозрачны. А вот гамма-лучи и рентгеновские лучи глазами мы не видим. Но зато мы для них совершенно прозрачны! Именно эти лучи нас и убивают. Они — самая главная опасность радиоактивно- сти. Гамма-лучи прошивают нас насквозь и разрушают наше тело, отчего человек умирает в страшных мучениях. Человечество даже придумало специальный значок, предупреждающий о радиации. А Внимание! Опасность радиации! А что же другие виды радиации — бета и альфа? Они неопасны или, точнее, малоопасны. Электроны и ядра гелия легко задержи-
ваются листом бумаги, стеклом, да и просто слоем воздуха, так что укрыться от них не проблема. А вот гамма-лучи... Упаси нас боже попасть под гамма- излучение! Это реальный жесткач! От них тоже можно укрыться, только для этого требуется толстый слой брони или подземные бункеры. И что самое неприятное, человек во время облучения вообще ничего не чувствует. В окружающей нас при- роде нет таких мощных потоков гамма-лучей, какие научилось получать человече- ство искусственно, поэтому эволюция и не предусмотрела для животного мира ни- какой сигнальной системы о подобной опасности. От огня мы чувствуем боль, а вот излучение убивает неощутимо. Люди взрослые прекрасно знают о лучевой болезни. Ваши мама и папа, быть мо- жет, изучали в школе плакаты о поражающем действии радиации во время атомной войны. Поэтому у взрослых людей страх перед радиацией весьма велик. Но они плохо помнят школьный курс и не знают, что радиация бывает разная. Опасно гамма-излучение. А вот, например, бета-излучение даже применяется в наручных часах — для подсветки стрелок и циферок ночью. Выглядит это свечение довольно красиво. Во всяком случае, я бы на вашем месте серьезно задумался о том, что- бы попросить у родителей приобрести для вас такие часы. Правда, стоят они до- вольно дорого, но зато вещь отличная! А стоят они дорого, потому что для подсветки используется тритий — сверхтя- желый водород, то есть водород-3, в атомном ядре которого не только одинокий протон, но и два нейтрона. Бывает еще дейтерий — просто тяжелый водород (про- тон и один нейтрон), но в часах с подсветкой используется именно тритий. Ве- щество это очень редкое и потому дорогое. 1 грамм трития стоит 30 тысяч дол- ларов . В часах используют ничтожные доли миллиграмма этого вещества. Тритием наполняют стеклянную микроампулу, стенки которой изнутри покрыты люминофором — веществом, которое может светиться при облучении электронами. Эти микроам- пулы наклеивают на стрелки и цифры часов. Что же происходит дальше? Тритий радиоактивен. То есть этот изотоп нестабилен, он распадается. Форму- ла распада написана ниже, она проста и понятна любому умному ребенку. iH3 = 2Не3 + е" + v Слева тритий, обозначенный значком водорода из таблицы Менделеева (Н) , он имеет один протон и атомную массу в три нуклона. После распада получается нейтрино (v), электрон (е) и изотоп гелия — гелий-3, то есть второй химиче- ский элемент в таблице Менделеева. В нем, как видите, два протона и один ней- трон. Электрончики, которые выстреливаются в момент распада, бомбардируют люмино- фор , вызывая его свечение. Светится слой люминофора круглосуточно, просто днем это свечение незаметно, а ночью очень даже! И светиться он будет годами, потому что период полураспада трития 12 лет. То есть через 12 лет светимость часов упадет вдвое. А сколько вам будет через 12 лет, друг мой юный? Страшно представить! Столько не живут, как говорится... В общем, выдвинув родителям требование о часах с тритием, нужно провести среди них разъяснительную работу, объяснив: — Ничего опасного в таких часах нет, это же бета-распад, то есть электрон- ное излучение, а оно, как вам должно быть известно из школьного курса физики, задерживается чем угодно — листом бумаги, стеклом, а также быстро гасится в воздухе. После чего необходимо рассказать о периоде полураспада трития и уйти в свою комнату, оставив маму или папу с открытыми ртами на кухне. Пусть придут в се- бя и хорошенечко подумают, не стоит ли и вправду купить такому умному ребенку часы с тритием? Подумаешь, половина зарплаты...
Глава 7. Как сделать атомную бомбу в домашних условиях Каждый ребенок мечтает взорвать или сжечь школу. Потому что душа ребенка жаждет справедливости и взывает к отмщению. А можно ли, вооружившись знаниями, изготовить дома небольшую атомную бомбу, чтобы окончательно решить школьный вопрос? Вообще, проблема применения накопленных знаний в целях разрушения встает перед человечеством каждый раз, когда оно овладевает какой-то новой энергией. Овладели огнем — придумали, как использовать его в военном деле. Изобрели по- рох , стали воевать с его помощью. Изобрели аэропланы — начали на них воевать. Ну и, разумеется, когда в начале XX века люди открыли феномен радиоактивности и поняли, что перед ними источник энергии необычайной силы, тут же встал во- прос : а как его применить для убийства других людей? Ведь энергия распада атомных ядер огромна, и Эйнштейн вовсе не зря сравнивал ее с овладением ог- нем. Только Эйнштейн мечтал об атомных электростанциях, а военные — об ору- жии. «А нельзя ли сделать атомную бомбу на основе явления распада?» — задумался в свое время Гитлер. Точнее, не сам Гитлер, конечно, он-то в физике не разби- рался и вообще имел довольно специфические представления о реальности. Заду- мались немецкие физики. Им было о чем подумать... Мария и Пьер Кюри работали над проблемой распада вещества еще до Первой ми- ровой войны, которая прокатилась по Европе тяжелым бульдозером. Германия ту войну проиграла. В результате в Германии пришел к власти Гитлер, и через два- дцать лет после Первой мировой началась Вторая мировая война. Но физики, при- нявшие у супругов Кюри эстафету исследований, не обращая внимания на полити- ческие бури и войны, увлеченно продолжали работу. И вот всего за год до нача- ла Второй мировой войны немецкие физики обнаружили одно чертовски интересное явление. Оказалось, что если в ядро изотопа урана-235 попадает случайный нейтрон, ядро может развалиться. Оно ведет себя, как капля жидкости — в эту «жидкость» ударяет прилетевший нейтрон, от удара «капля» деформируется, из круглой ста- новясь продолговатой, то есть ее края разъезжаются. И в этот миг расстояние между протонами на дальних краях начинает превышать радиус действия ядерных сил, то есть того самого сильного взаимодействия, которое и держит нуклоны в ядре. Оно ведь очень короткодействующее! И тогда силы электростатического от- талкивания между дальними протонами расталкивают куски ядра с огромной скоро- стью. Ядро урана разваливается на две части — барий и криптон (найдите эти вещества в таблице Менделеева) . При этом еще получается уйма энергии в виде гамма-излучения и парочка лишних свободных нейтронов. Физики подсчитали, что из одного грамма урана-235 можно извлечь энергии столько же, сколько от сжигания 3 тонн каменного угля. Но что будет иницииро- вать дальнейшую реакцию? Да вот те самые два нейтрона, которые получились в ее результате! Мы начали с одного случайного нейтрона, в результате нейтрон- ного удара по ядру получили осколки, кучу энергии и еще целых два нейтрона. Если теперь оба они попадут в соседние ядра и разрушат их, то у нас получится уже 4 свободных нейтрона! Если те попадут в соседние ядра, будет 8 нейтронов. Потом 16. И так далее. Пойдет цепная реакция с высвобождением все большей и большей энергии. Взрыв! Атомный взрыв! А если эта парочка нейтронов не попадет по соседним ядрам, а вылетит из куска урана и будет поглощена окружающей уран средой? Тогда цепная реакция не пойдет. И взрыва не будет.
Распад урана под воздействием случайного нейтрона. Для взрыва нужно, чтобы первое делящееся ядро урана-235 довольно плотно ок- ружали такие же ядра. Нейтронное излучение очень проникающее, нейтрон может пролететь в металле довольно долгий путь, не попасть при этом ни в одно ядро и вылететь из куска металла на волю. А попасть нейтрону в соседнее ядро не так-то и просто, потому что атом ведь практически пуст! Его маленькое ядро окружает довольно разреженная шуба электронных орбит. Это огромная планетная система! Вокруг ядра урана летает 92 электрона — если не верите, посмотрите в таблицу Менделеева. А знаете, как соотносится количество вещества в атоме с объемом самого ато- ма? Ядро атома меньше диаметра дальней электронной орбиты в 100 тысяч раз! Если мысленно атомное ядро увеличить до размеров горошины, то размер самого атома будет в полкилометра! При этом электроны в тысячи раз меньше протонов. То есть если ядро у нас теперь получилось с горошину, то электрон — размером с пылинку. И получается, что эти пылинки кружатся вокруг ядра-горошинки на рас- стоянии в сотни метров. И вот в такую горошинку нам нужно попасть другой горошинкой (точнее, оскол- ком горошинки) с расстояния в километры! Вероятность попадания ничтожна. Но ведь и атомов в веществе миллиарды, а значит вероятность попадания вырастает в миллиарды раз! То есть ничтожно малую величину нам нужно умножить на огром- ную и посмотреть, что перевесит. Иными словами, возникает вопрос: сколько атомов урана-235 слепить в комок, чтобы получившиеся в результате первичной реакции нейтроны попали все-таки в ядра атомов прежде, чем вылетят из куска металла? Ответ на этот вопрос есть: критическая масса урана-235 содержится в шарике диаметром всего в 18 сантиметров. Небольшой мячик такой. В этом количестве металлического урана-235 содержится как раз такое число атомов, которое га- рантированно обеспечит цепную реакцию — ядерный взрыв. То есть если сложить полмячика и полмячика вместе, они тут же взорвутся. Поэтому в хозяйственных магазинах уран-235 продается только по половинкам, а сложить его можно уже дома или около школы, чтобы проверить — сработает или нет. Думаю, есть смысл послать маму в магазин и попросить купить две упаковки урана. Только смотрите, чтобы она не перепутала и брала именно 235-й, потому что уран-238 таким полезным свойством не обладает. Но донесет ли мама из магазина эти две половинки? Сколько вообще весит ша- рик урана диаметром в 18 сантиметров? Если вы посмотрите в таблицу чудесного старика Менделеева, то увидите, что уран находится далеко внизу, то есть представляет собой довольно тяжелый элемент, что понятно: это вам не водород
с одним нуклоном, в ядре урана этих нуклонов аж целых 235! В общем, не буду вас томить и сразу скажу, что металлический урановый шар диаметром в 18 см весит 52 килограмма. Мама не донесет. Поэтому, если школы (и половины города) не жалко, то пожалейте хотя бы маму и не посылайте ее та- кие тяжести таскать. Другое дело плутоний-239. Из него тоже можно делать атомные бомбы, причем критическая масса плутония составляет всего 11 кг при диаметре шарика в 9 см. Это получается по 5,5 кило в каждой руке. Мама донесет... В общем, если слиток радиоактивного металла превышает критическую массу, он сам по себе взрывается. А если не превышает, ядра атомов в куске металла просто постепенно распада- ются, металл греется, гамма-излучает, но не взрывается, поскольку не начина- ется цепная реакция — нейтроны не успевают попасть в соседнее ядро, как уже вылетают из слитка наружу. Так выглядит плутоний — тяжелый радиоактивный серебристый металл Но мы немножко отвлеклись. Поэтому перенесем наше внимание с мамы на Гитле- ра. Итак, в марте 1939 года, за несколько месяцев до Второй мировой войны фран- цузские физики опубликовали статью о том, что из металлического урана можно добывать энергию для мирных целей, а также использовать его в военном деле для создания бомб чудовищной мощности. Эта статья не осталась незамеченной. И потому уже в апреле к военным властям Германии обратились немецкие физики с предложением создать урановую бомбу. К 20 сентября идея дошла до Гитлера. Вторая мировая война шла к тому време- ни уже три недели, правда, тогда еще никто не знал, что началась именно миро- вая война — немецкие войска успешно давили последнее сопротивление поляков, а им на помощь за три дня до указанной даты пришли советские войска, напавшие на Польшу с другой стороны. Казалось, военный пожар уже практически угас: Польша, согласно договору о дружбе, заключенному между Германией и СССР, по- делена между двумя друзьями и перестала существовать, а Гитлера, тем не ме- нее, ставят в известность о том, что возможно создание чудо-оружия.
Гитлеру даже показали мультфильм, в котором самолет с крестами на крыльях сбрасывал над Англией какой-то металлический ящик, после чего разворачивался и улетал обратно. Когда самолет был уже достаточно далеко от места сброса, срабатывает взрыватель, который резко сближает две половинки критической мас- сы металла — и происходит ядерный взрыв. Вспышка — и Лондона нет. Миллионы людей гибнут в один момент. Гитлер был в восторге от этого мультика! Он захлопал в ладоши и выделил ученым финансирование для создания столь чудесного приспособления. Так началась работа по созданию урановой бомбы. Координировал всю работу Физический институт, который возглавлял великий немецкий физик Гейзенберг, именем которого назван так называемый принцип Гейзенберга, о котором мы еще поговорим. Гейзенберг был гений, он получил Нобелевскую премию в 32 года, а это о многом говорит. Создание атомной бомбы — процесс непростой. Он находился на самом острие науки, человечество еще никогда ничего подобного не создавало, нужно было ре- шить массу непростых чисто инженерных задач. Для этого у немцев было, каза- лось , все необходимое — талантливые физики, мощная научная школа, отличная передовая промышленность. Однако для того, чтобы добывать уран, нужны еще две вещи — урановая руда и тяжелая вода. С рудой все понятно. Как железо добывается из железной руды, так и уран — из урановой. Но месторождений железной руды на Земле много, по- тому что железо — очень распространенный химический элемент. А вот уран — элемент очень редкий, его месторождений на Земле не так много. Правда, немцам повезло. Урановое месторождение было в Чехии, а Чехию немцы к тому времени уже захватили. Там добывали как раз ту самую руду — смоляную обманку, с кото- рой экспериментировала Мария Кюри. А вот зачем нужна тяжелая вода? И что это вообще такое? Мы с вами уже знаем, что такое тяжелый и сверхтяжелый водород. Это дейтерий и тритий, то есть водород, у которого в ядре атома не одинокий протон, а про- тон с нейтроном (дейтерий) или даже с двумя нейтронами (тритий). Так вот, тя- желая вода — это вода, сделанная не из кислорода и водорода, как обычная во- да, а из кислорода и тяжелого водорода. Если вода дейтериевая, она называется тяжелой, а если тритиевая — сверхтяжелой. Молекулы тяжелой и сверхтяжелой воды всегда содержатся в очень небольшом количестве среди молекул обычной воды (на 7000 тысяч молекул обычной воды приходится одна тяжелая) . Именно из обычной воды тяжелую воду и добывают пу- тем обогащения — как из руды полезный материал. Правда, процесс этот долгий, нудный и весьма энергозатратный. Впервые небольшое количество тяжелой воды физиками было добыто в 1933 году — как раз в тот год, когда фашисты пришли к власти в Германии. Поехали на воды!.. Любопытно, что свое название тяжелая вода вполне оправдывает, она действи- тельно тяжелее обычной воды. А сверхтяжелая вода, соответственно, еще тяже- лее. Сверхтяжелая вода замерзает при температуре +9 С, а кипит при температу- ре +104 С. Ученые — существа любопытные. Им было интересно, как отнесутся к тяжелой воде живые существа. Выяснилось, что в небольших дозах — нормально. Человек может хлопнуть стакан-другой тяжелой воды, и ему ничего не будет. Другое де- ло, если все время поить животное только тяжелой водой. Человек, как и прочие живые существа, примерно на 70 % состоит из воды. Все жизненные биохимические реакции в нашем теле идут в водном растворе. Когда мы пьем воду, она всасывается, проходит через все клеточки, принося туда вместе с собой питательные вещества в виде раствора. А затем выводит из клеточек продукты распада и отходы. Таким образом человек — большой сложный фильтр,
который все время промывается. И что же будет, если начать его или другое жи- вое существо «промывать» тяжелой водой? Над людьми такие эксперименты, конечно, не ставились, но вот опыты над жи- вотными показали, что постепенное упорное замещение в организме обычной воды на тяжелую даром не проходит. Когда четверть всей воды, из которой состоит организм, заменена тяжелой, животное теряет способность к размножению. А ко- гда концентрация тяжелой воды достигает половины, животное погибает. И этот эффект достигается всего за неделю. Почему такое происходит? Казалось бы, какая разница организму, какая в нем вода? А все дело именно в тяжести. Поскольку в ядре атома тяжелого водорода вдвое больше нуклонов, молекулы тяжелой воды больше весят и потому чуть хуже и медленнее участвуют в биохимических реакциях, сбивая тонкие настройки орга- низма, который сначала компенсирует эти изменения, а потом просто перестает справляться. Не менее интересен вопрос, а сколько видов тяжелой воды существует? Мы знаем два вида — тяжелая (в которой вместо водорода дейтерий) и сверхтя- желая вода (в которой вместо водорода тритий). Но! Но в молекуле воды два атома водорода! Смекаете? Вода обозначается химиками химической формулой Н20, эта запись и означает, что в молекуле воды два атома водорода и один атом кислорода. А что если не оба атома водорода, а только один будет заменен дейтерием? Возможно такое? Конечно! Как правило, так и есть. Подобную воду — из водорода и дейтерия называют полутяжелой. И вероятность такого варианта как раз намного больше, чем веро- ятность того, что два столь редких изотопа, как дейтерий, встретятся с одной молекулой кислорода, чтобы образовать молекулу тяжелой воды. В природе чаще встречается вода полутяжелая. Ученые люди обычный водород обозначают латинской буквой Н (от латинского слова Hydrargyrum), тяжелый водород обозначают значком D (дейтерий), а сверх- тяжелый — значком Т (тритий). А теперь попробуем написать все возможные комбинации, которые могут изотопы водорода образовывать с кислородом (О): Н-О-Н обычная вода D-0-H полутяжелая вода D-0-D тяжелая вода Т-О-Т сверхтяжелая вода Т-О-Н не имеет специального названия, давайте назовем ее «сверхполулегкая» вода D-0-T не имеет специального названия, предлагаю назвать ее «сверхполутяже- лая» вода Но и это еще не все, ребята! Ведь изотопы имеются не только у водорода, но и у кислорода! Помимо обычного кислорода-16, существуют еще стабильные изото- 17 18 пы О и О Вода с такими тяжелыми изотопами кислорода называется тяжелоки- слородной . И если теперь записать все возможное количество комбинаций, которые могут составить между собой изотопы кислорода и водорода, получится 18 видов раз- личных «вод». Причем 9 из них стабильные, а 9 других слаборадиоактивные. Круто? Так вот, тяжелая вода была нужна Гитлеру, точнее его физикам, как элемент технологического процесса при обогащении оружейного металла — в качестве за- медлителя цепной реакции. А тяжелую воду в то время в мире производили только в одном месте — в Норвегии. Норвежцы еще до войны построили в горах под Осло завод по производству тяжелой воды — для лабораторных исследований этого ве- щества. Поскольку добыча тяжелой воды дело чрезвычайно энергоемкое, завод
обеспечивала питанием целая электростанция, которая работала на дармовой энергии водопадов, которых в Норвегии — пруд пруди. Норвегию Гитлер благопо- лучно захватил. Вместе с заводом. За месяц завод вырабатывал всего 11 килограммов тяжелой воды. А нацистам нужно было несколько тонн, поэтому они дали задание резко повысить производи- тельность. Это удалось сделать, и к 1942 году завод постепенно вышел на про- изводство 4,5 тонн тяжелой воды в год. Место, где волею судеб оказался завод, считалось неприступным, туда вела всего одна дорога, но фашисты все равно обнесли завод колючей проволокой и выставили охрану, которую несли несколько сотен автоматчиков. Завод прикрыва- ли с воздуха батарея 88-миллиметровых зенитных орудий и несколько счетверен- ных зенитных установок калибром 20 мм. Радиолокаторов тогда еще не было, по- этому самолеты засекались на дальних подступах с помощью специальных рупоров- звукоуловителей. Английская разведка донесла про интерес гитлеровцев к тяжелой воде. В Лон- доне все сразу поняли и решили завод уничтожить. Но как? Производство находи- лось в ущелье, под защитой не только пушек и гор, но и многометрового бетон- ного слоя, поэтому разбомбить его с воздуха было не так-то просто. Решили по- слать диверсионную группу. И вот в ноябре 1942 года к Норвегии направились два английских бомбардировщика, которые тащили на буксире два планера с де- сантниками. План был такой — у берегов Норвегии безмоторные и потому бесшум- ные планеры отцепятся от буксиров, по-тихому подлетят и выбросят диверсантов, которые перебьют охрану и взорвут завод. Операция полностью провалилась! При подлете буксирующие бомбардировщики по- пали в зону сложных метеоусловий, из-за пурги и потери видимости один самолет потерпел крушение, врезавшись в гору. У второго обледенел и потому оторвался сильно отяжелевший буксировочный трос. В результате планер совершил аварийную посадку, а экипаж самолета дал на базу открытым текстом тревожную радиограм- му , которую, разумеется, перехватили немцы и тоже не на шутку встревожились: а что это в Норвегии делают английские военные самолеты? После чего выслали вооруженный отряд на прочесывание местности. Этот отряд и отловил английских диверсантов, которых по законам военного времени расстреляли, к большому не- удовольствию немецкой тайной полиции — гестапо. В гестапо считали, что с рас- стрелом поторопились, нужно было применить к пленникам пытки и узнать, зачем их послали в Норвегию. А англичане решили немного переменить тактику. Они заслали в Норвегию ди- версантов-парашютистов, и те вошли в контакт с силами норвежского Сопротивле- ния. Норвежцы провели диверсантов к секретному заводу по подземному туннелю, через который тянулись кабели. Под емкости с тяжелой водой были заложены не- сколько десятков килограммов взрывчатки, и вскоре огромный взрыв сотряс стены завода. Разрушения были огромны. А главное — пропали все запасы тяжелой воды. Раз- досадованным немцам потребовалось целых полгода, чтобы восстановить производ- ство . На сей раз они усилили меры безопасности так, что никакие диверсанты на завод проникнуть уже не могли. Англичане снова взялись за голову и начали думать, что же делать в такой ситуации. И придумали. Тяжелую воду отправляли в Германию на кораблях. Нельзя уничтожить ее на заводе, так давайте топить корабли!.. Норвежские подпольщики сообщали английской разведке, когда и на каком судне повезут очередную партию тяжелой воды, и англичане устраивали налет, стараясь затопить судно. А параллельно решили попробовать все-таки тот вариант, от которого отказа- лись вначале — бомбардировку завода. И в ноябре 1943 года направили на этот маленький заводик целых 140 бомбардировщиков, которые сбросили 80 бомб. Но завод, удачно расположенный и защищенный, уцелел. Была разрушена только элек-
тростанция. Не дожидаясь второго налета, который мох1 оказаться более удачным, немцы ре- шили от греха подальше перевезти всю наработанную к тому времени тяжелую воду в Германию. На тот момент ее скопилось на складе 15 тонн. Перевозить цистерны должны были на корабле «Гидро», о чем английской разведке стало известно. Они отдали приказ норвежским подпольщикам взорвать корабль. И те сделали это, пронеся на борт бомбу с часовым механизмом — несмотря на то, что на судне плыли ни в чем не повинные мирные граждане. Они погибли вместе с кораблем. Правда, по всей видимости, немцам удалось-таки обмануть английскую развед- ку! Когда в 2006 году норвежские водолазы обследовали затонувший «Гидро», на его борту обнаружили не 15, а всего полтонны тяжелой воды. А где остальные 14,5 тонн? По всей видимости, погрузка на «Гидро» была отвлекающим маневром для английской разведки, а тяжелую воду немцы переправили в Германию каким-то другим способом. Но изготовить ядерную бомбу до конца войны они так и не успели. Первыми атомную бомбу сделали американцы и даже успели ее применить в войне с Япони- ей. Урановую бомбу они сбросили на японский город Хиросиму, а плутониевую — на город Нагасаки. Хиросима была уничтожена практически полностью, там одномоментно погибло 80 тысяч мирных жителей, причем среди них были и американские военнопленные. В Нагасаки погибло 75 тысяч мирных жителей. И впоследствии еще десятки тысяч в обоих городах умерли от лучевой болезни. Это было первое и последнее военное применение ядерного оружия в истории земной цивилизации. Нейтронная бомба. Через какое-то время после того, как физики открыли три вида ионизирующего излучения (альфа, бета, гамма), они обнаружили еще один вид — нейтронное из- лучение . Из названия понятно, что нейтронное излучение — это просто поток энергичных нейтронов, летящих с большой скоростью. Они очень опасны при про- никновении в тело. Поэтому была даже придумана нейтронная бомба (разновид- ность атомной бомбы), которая при взрыве давала сравнительно небольшие разру- шения зданий и сооружений, но убивала все живое мощным нейтронным излучением. Нейтронное оружие никогда не применялось, но идея была именно такой — выко- сить излучением живую силу противника. Нейтронное излучение легко прошивает даже танковую броню толщиной в 15-20 сантиметров. На это и был расчет у изобретателей. Никто не укроется!.. Однако вскоре выяснилось, что нейтроны легко задерживаются материалами, содержащими водород — водой, полиэтиленом, парафином, из которого свечи делают. Недорогие добавки к броне надежно защищали экипаж, а простая полуметровая насыпь из влажного грунта, за которой могли спрятаться пехотинцы, ослабляла нейтронное излучение в сто раз. Правда, у нейтронного излучения есть еще вторичный фактор поражения — взаи- модействуя с различными веществами, нейтроны могут создавать радиоактивные изотопы в этом веществе. Мы помним, что изотоп — это атом, в ядре которого есть лишние нейтроны. Так вот, если вещество наберется этих шальных нейтро- нов , в изобилии летящих от бомбы, оно потом начинает само излучать. Поэтому нейтронную бомбу еще называют грязной бомбой. ЧАСТЬ II. КРОМЕ ВЕЩЕСТВА Мы теперь очень хорошо знаем, как устроено вещество. Оно сделано из нейтро- нов , протонов и электронов. Из нейтронов и протонов собираются атомные ядра.
А летающие вокруг ядра электроны образуют атом в сборе, причем количество электронов равно количеству протонов. Если же пару электронов смахнуть с атомной орбиты веником, останется положительно заряженный недоатом — ион. Из атомов собираются молекулы, причем порой очень сложные — в некоторых мо- лекулах содержатся миллиарды атомов. Ей-богу, не вру! Такой гигантской моле- кулой является, например, молекула под названием ДНК в человеческом организ- ме . В этой молекуле запрограммирована вся информация о человеке — цвет глаз и волос, рост, характер, склонности, наши сильные и слабые стороны. Человек — штука очень сложная, поэтому и столько «текста». В молекуле ДНК информация записывается с помощью определенного порядка расположения атомов, как в книге с помощью определенного расположения букв. Только «буквы» ДНК — это атомные наборы. А еще нам теперь известно, что, помимо вещества, сделанного из атомов, в мире существуют некие лучи. Мы также знаем, что, по крайней мере, часть лучей состоит из частиц, например, нейтронное излучение, а также электронное излу- чение, которое по-другому еще называют бета-излучением. Такое излучение про- сто представляет собой поток частиц, летящих в пространстве, то есть обычное вещество. А вот другие лучи сделаны бог1 знает из чего. Например, солнечные, рентгеновские или гамма-лучи — они из чего состоят? Мы помним: Ньютон полагал, будто солнечный свет — это поток неизвестных электронейтральных частичек — корпускул. Но ему другие дяденьки возражали: нет, свет — это просто волна, то есть колебание все пронизывающего мирового эфира. То есть свет — это или струя мелкого «гороха», или волна колебания среды, которая заполняет все пространство вселенной. А еще что-нибудь в этом мире есть, кроме вещества, непонятных лучей, про- странства и времени? Есть. Поле... Глава 1. Поле чудес А вот как передается взаимодействие? В макромире, где мы живем, все понятно — шахтер вагонетку толкнул, она поехала. Груз к пружине подвесили, она растя- нулась . Два бильярдных шара столкнулись с приятным стуком и разлетелись. А если бы не столкнулись, не разлетелись бы. Ведь чтобы передать воздействие на предмет, нужно к нему подойти. Издалека-то разве можно на предмет воздейство- вать , мы же не колдуны?! Не прикасаясь к вазе, стоящей на столе, ее не сдви- нешь . Толкнуть надо! Потом мама спасибо скажет. Но иногда воздействие передается и на расстоянии. Вы прекрасно это знаете. Если поднести магнит к скрепке, лежащей на столе, она почувствует этот магнит не в момент касания, а раньше — и сама прыгнет на него! А если потереть мамины янтарные сережки папиным шерстяным носком, янтарь начнет притягивать мелкие бумажки — тоже на расстоянии, еще до касания. Яблоко, опять же, падает с яблони на землю. Земля его притягивает на рас- стоянии, и едва оно теряет связь с деревом, как сразу устремляется вниз. Точ- но так же притягивает Землю Солнце, отчего планета наша вокруг светила враща- ется. Иначе бы давно улетела в мировое пространство к чертовой матери, и мы все погибли бы от космического холода, что, конечно, совершенно не полезно. А еще точно так же на расстоянии электроны чувствуют протоны, притягиваясь к ним. И вращаются вокруг ядра атома, словно планетки. Видите, кругом тела воздействуют друг на друга на расстоянии. Как это воз- можно? Посредством чего? С помощью какого волшебства? Когда сталкиваются бильярдные шары, тут все вроде бы понятно — они упругие,
непосредственно взаимодействуют со стуком и разлетаются. А вот магнит... Как он действует на расстоянии? Какими такими невидимыми ручками притягивает к себе скрепку? Разве не удивительно — самого предмета в этом месте пространства еще нет, а его влияние уже чувствуется другими предметами! Вот тут физики и предложили свой вариант ответа. Наверное, есть некое неви- димое поле, окружающее магнит, решили они, попав в которое, железки начинают притягиваться. Поле это распространяется вокруг магнита и затухает с расстоя- нием, его сила постепенно падает до нуля. Поле магнита так и назвали — маг- нитным . С его помощью и происходит взаимодействие. И у всякой массы тоже есть свое — гравитационное — поле. У малых масс оно слабенькое, а у большой Земли поле очень сильное, поэтому нас всех к ней при- тягивает . И есть еще электрическое поле, которое притягивает бумажки к янтарю и элек- троны к протонам. Вот так все решили объяснить физики. Ловко! Взяли и заявили, будто сущест- вует некая невидимая и неосязаемая материя, окружающая тела. С этим фокусом физиков мы уже сталкивались, когда говорили о теплороде. Помните, древние фи- зики предположили, будто тепло — это невидимая неосязаемая жидкость, накапли- вающаяся в телах. И ошиблись! Тепло оказалось просто скоростью колебания час- тиц тела. Чем активнее барабанят по нашей коже молекулы, из которых состоит тело, тем более горячим оно нам кажется. Может быть, и с полем эти физики тоже ошиблись? Если поле реально существует, значит у него есть какие-то свойства, которые можно изучить. И физики стали их изучать, чтобы подтвердить свою догадку. И вскоре путем экспериментов нашли способ это невидимое поле увидеть — косвен- ным образом, конечно же, — точно так, как мы наблюдаем черные пятна на фото- снимке, оставшиеся от невидимого рентгеновского излучения. То есть мы наблю- даем не сами рентгеновские лучи, а их следы, их проявление. Чтобы увидеть проявления магнитного поля, надо взять магнит, накрыть его листом бумаги и насыпать сверху крохотные железные опилки. И опилки, чувст- вующие поле, тут же расположатся в определенном порядке, показав нам устрой- ство поля. Магнитное поле, очерченное железными опилками.
Дальше больше — выяснилось, что магнитное поле взаимодействует с электриче- ским. И вообще оно чем-то похоже на электрическое. В электричестве есть два заряда — положительный и отрицательный. И у магнита есть два полюса — север- ный и южный. (Северный обычно рисуют синим, цвета льда, а южный — красным, цвета огня.) Одноименные электрические заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. И у магнитов так: одноименные полюса отталкиваются, а разно- именные притягиваются! Посмотрите, опилочки словно малюсенькие стрелочки компаса лежат вдоль дугообразных линий. Эти линии назвали силовыми линиями поля. Силовые линии поля словно выходят из северного полюса магнита (N) и, описав дугу, возвращаются в его южный полюс (S). Вот только электрические заряды можно разделить, накопив на каком-то пред- мете положительный заряд или отрицательный (если на предмете будет избыток электронов, как на янтаре, который шерстью потерли, он будет отрицательно за- ряжен, а если недостаток электронов — он будет заряжен положительно). А вот магнитные полюса разделить нельзя! Если мы разрежем магнит на две части посе- редине, на месте разреза тут же образуются новые полюса, и у нас в руках сно- ва будет два двухполюсных магнита. Не бывает однополюсных магнитов! Наша планета Земля — большой магнит, у нее есть северный магнитный полюс и южный, и они почти совпадают с географическими полюсами. Маленькие магнитики в виде стрелочек, которые находятся в наших компасах, являются своего рода пробниками земного магнитного поля. Их маленькое тщедушное магнитное полюшко взаимодействует с магнитным полем огромного магнита по имени Земля и повора- чивает стрелку компаса синим концом на север. Это очень удобно, можно в лесу и в открытом море ориентироваться. Ладно, это ясно. севТрИпЖюс h3ae(S • гагРАФинвский т-— \ : JtMjm СЕВЕРНЫЙ ПОЛЮС линии МАГНИТНОГО ^-дполя \.\ . V линии • //> МА™ТН0Г0 ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ .поля южный полюс • МАГНИТНЫЙ "" южный полюс Магнитное поле Земли.
А как магнитное поле взаимодействует с электрическим? Весьма хитро! Магнитное поле действует только на движущиеся заряды. Если заряд относительно магнита покоится, замер, затаился, никакого взаимодействия нет, они просто не замечают друг друга, как кошка подчеркнуто не замечает не- подвижный фантик. Но если фантик тронется, кошка начнет за ним настоящую охо- ту! .. Так и тут — стоит заряду двинуться, как магнитное поле его тут же «за- мечает» и начинает хватать и тащить. Но что такое движущиеся заряды? Это, например, электрический ток в проводе! Возьмем проводник, то есть, по- просту говоря, прямой провод, пропустим через него поток электронов и помес- тим в магнитное поле. Что получится? Такой опыт еще в начале XIX века поставил физик Эрстед. XIX век называют веком угля и пара, но это был еще и век покорения электричества. Эрстед, Вольт, Ампер, Фарадей — ученые, чьими именами сегодня названы различные физи- ческие единицы (силы тока, напряжения и т. д.) — это все великие имена девят- надцатого века... Открытие Эрстеда было случайным, как и многие другие открытия в науке. Демонстрируя студентам простейшую электрическую схему с батареей, Эрстед замкнул контакты выключателя, пустив по цепи ток, и увидел, как стрел- ка лежащего рядом компаса дернулась и повернулась перпендикулярно к проводни- ку. Опыт Эрстеда. Слева батарейка. По проводу течет ток, под проводом — стрелка компаса. Нет тока — стрелка повернута, как положено — по на- правлению север-юг. Но стоит пропустить по проводу ток от батареи, как стрелка забывает о магнитном поле Земли и повинуется большей си- ле — магнитному полю проводника с током. «Между магнетизмом и электричеством есть связь!» — смекнул Эрстед. И даль- нейшие опыты другого физика — Фарадея — эту связь не просто подтвердили, она оказалась неразрывной! Движущиеся электрические заряды порождали вокруг себя магнитное поле (на которое и реагировала стрелка компаса), и наоборот — дви- жущийся внутри проволочной катушки магнит порождал в проволоке электрический ток (см. рисунок ниже). Так были придумали генераторы и электромоторы, друзья мои! Ведь если безос- тановочно двигать внутри замкнутых проводников магниты, в проводниках будет возникать постоянный электрический ток. На этом принципе Фарадея работают все электростанции: река крутит турбины с магнитами внутри катушек, и по линиям электропередач к потребителям идет ток. А там этот ток используют для освеще- ния или переводят обратно в механическое движение, то есть во вращение токар- set
ного станка или, скажем, компрессора холодильника. Это делается по тому же принципу, только в обратном порядке — по принципу Эрстеда бегущий по хитро- сплетенным проводникам ток приводит в движение магниты, то есть ротор элек- тродвигателя, на которое насажено сверло или еще что-нибудь полезное... Вот я вам и рассказал в предельно упрощенной форме всю суть нашей современной элек- трической цивилизации. Опыт Фарадея. Ушлый Фарадей совал магнит в деревянную катушку с на- мотанным проводом и диву давался: сунешь — прибор показывает, что по проволоке пробежал ток, и бежит он, пока магнит движется внутрь ка- тушки. Обратно магнит начинаешь вынимать — стрелка отклоняется в другую сторону, то есть электрический ток течет в другую сторону, но течет он по проводам только пока вынимаешь магнит, то бишь пока маг- нитное поле вокруг проводов движется. А если магнит неподвижен — то- ка нету. Такие дела... На схемах все выглядит практически одинаково, но в инженерной реальности все, конечно, гораздо сложнее — появляются угольные щетки токосъемников, сложная намотка проводов и так далее. Нам же главное не ковыряться в железе, а понять основной принцип работы генератора и электромотора: движущийся элек- трический заряд порождает вокруг себя магнитное поле. Это люди и научились использовать в неизмеримой хитрости своей. Вы поняли? Еще раз. Движение зарядов по проводнику в опыте Эрстеда порожда- ет магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем стрелки компаса. И поворачивает ее. То есть движущееся электрическое поле порождает поле маг- нитное ! А движущееся магнитное поле в опыте Фарадея с катушкой порождает электриче- ское поле. Которое, взаимодействуя с электрическим полем электронов, толкает их по проводнику. Одно поле порождает своим движением другое!
ГЕНЕРАТОР ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ф ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА МАГНИТНЫЙ ПОТОК МАГНИТ ПРОВОЛОЧНАЯ■ КАТУШКА УГОЛЬНЫЕ ЩЕТКИ ОСЬ ВРАЩЕНИЯ ШКИВ МАГНИТ МАГНИТНЫЙ ПОТОК МАГНИТ СКОЛЬЗЯЩИЕ КОЛЬЦА (НЕРАЗРЕЗНЫЕ) ПРОВОЛОЧНАЯ КАТУШКА УГОЛЬНЫЕ ЩЕТКИ ОСЬ ВРАЩЕНИЯ ШКИВ МАГНИТ КОЛЛЕКТОР С РАЗРЕЗНЫМИ КОЛЬЦАМИ Вот вам принципиальная схема генератора тока: крутишь внутри рамки магнит — получаешь ток. Не крутишь — не получаешь. А вот вам принципиальная схема электромотора. Подаешь на рамку ток — начинает крутиться магнит. Не подаешь — не начинает. Продолжив эксперименты Эрстеда и Фарадея, наука постепенно поняла, что маг- нетизм и электричество есть одна и та же сущность, которую назвали электро- магнитным полем. Просто в разных экспериментах мы видим разные ипостаси, то есть проявления этой физической сущности: у постоянного магнита мы видим только магнитную составляющую электромагнитного поля, а у одинокого неподвиж- ного зарядика — только электрическую его составляющую. Это как орел и решка у монеты. Орел и решка вроде бы разные, но это всего лишь две стороны одной реальности по имени монета. Так и магнетизм с электри- чеством — две стороны одной реальности по имени электромагнитное поле. Но что такое поле по сути своей, господа и дамы, мальчики и девочки? Из че- го оно сделано? Вопрос, конечно, интересный. И физиков он, разумеется, всегда занимал. Но физики народ выдержанный. Если они не могут пока ответить на какой-то вопрос — например, из чего сделан предмет, — они на время откладывают этот вопрос в сторону и спокойно изучают свойства этого предмета. Так, например, до сих пор никто не знает, что такое заряд по сути своей. Но это же не мешает нам поль- зоваться розеткой! Потому что физики прекрасно изучили свойства этой таинст- венной сущности. И может, когда-нибудь с более глубоких позиций поймут, что
такое заряд. Но для того, чтобы пользоваться чем-либо, до таких глубин доби- раться не нужно, вы же пользуетесь телевизором, не зная, как он устроен внут- ри. Просто усвоили, что если нажать такую-то кнопку — случится то-то и то-то. Именно так и ведет себя наука по отношению к миру. Только она еще пользуется математикой для описания. Вот, например, на этой картинке изображено магнитное поле проволоки с то- ком . Оно — круговое. Силовые линии этого поля замкнуты. Это подтверждают и металлические опилки, рассыпанные на бумажке, которую проткнули проводником. Еще вопрос. Если магнитное поле порождается движущимся электрическим заря- дом и наоборот, то чем же порождается магнитное поле постоянного магнита? Ну, в самом деле, почему вот эта вот железка, тупо лежащая на столе, все время магнитит? Магнитное поле должно быть порождено движущимися зарядами! А где там они, в куске железки? Есть там зарядики! Это электроны, движущиеся по своим орбитам! Просто в магните атомы расположены в таком порядке, что электротоки синхронно крутя- щихся электронов как бы складывают свою силу, образуя единое магнитное поле. Упорядочивание расположения атомов в железке и называется намагничиванием. Если магнитные поля электрончиков расположены хаотично, как это бывает во всяком другом веществе, то все их магнитные поля компенсируются, и никакими магнитными свойствами в среднем вещество не обладает. Но в некоторых вещест- вах атомы можно развернуть и расположить в определенном порядке. Тогда маг- нитная сила их электронов начинает складываться, и мы имеем магнит. Впервые эту идею о существовании в куске магнита неких элементарных токов высказал гениальный французский физик Ампер. До него люди все искали особые магнитные заряды — наподобие зарядов электрических. И они были по-своему пра- вы: на уровне микромира электрическое поле порождается электрическими заряда-
ми, присущими микрочастицам. Они и есть носители поля, которое вокруг себя распространяют. Значит, магнитное поле тоже должно порождаться особыми маг- нитными частицами! . . Но Ампер сказал: да нету их, не ищите, магнитное поле порождается какими-то элементарными токами внутри самого металла!.. Это была гениальная догадка, ведь об электронах тогда еще ничего не знали, а планетная теория атома была разработана только через сто лет. На сто лет опередил свое время гениальный Ампер! Ну, а раз никаких отдельных магнитных зарядов нет, а есть лишь заряды элек- трические , которые просто движутся и порождают вокруг магнитное поле.... Если эти зарядики по-разному себя проявляют — то в виде электрических явлений, то в виде магнитных, — значит, электромагнитное поле действительно едино. И бес- смысленно отделять орла от решки, это невозможно. По-моему, все ясно. Или нет? А чего тут неясного? Лежит магнит на столе. Притягивает железки, током не бьется. Мы видим только одну ипостась электромагнитного поля — магнитную. Висит на ниточке электрический заряд, например, заряженный металлический шар. Гвозди и скрепки он не притягивает, но если к нему протянуть шаловливый пальчик — с треском проскочит искра и по пальчику шарахнет электрический раз- ряд . Никаких тебе магнитных проявлений, одни электрические. Теперь если мы начнем двигать магнит, то увидим проявления электрического поля (которое сможем засечь, например, по его действию на пробный заряд). А если начнем двигать заряд на ниточке, то сможем засечь проявление вокруг него магнитного поля (по его действию на магнитное поле стрелки компаса, на- пример) . Вы очень умный! И вы можете, хитро прищурившись, сказать: «Но ведь движение — штука относительная! Может двигаться заряд, а могу двигаться я сам относи- тельно заряда. Или, допустим, еще круче — я стою напротив заряда, и он по от- ношению ко мне неподвижен и никаких магнитных свойств не проявляет. А мой приятель Петя начнет вокруг этого заряда носиться, как полоумный. Это означа- ет, что заряд будет относительно Пети двигаться. Но движущийся заряд должен порождать магнитное поле. При этом относительно меня заряд неподвижен, а от- носительно безумного Пети — очень даже подвижен! Так что же происходит на са- мом деле — порождает висящий заряд магнитное поле или нет?» А все зависит от точки зрения! Вы, стоящий неподвижно, не заметите никаких проявлений магнитного поля. А безумный Петя, если на бегу проведет экспери- менты, заметит магнетизм своими приборами. Вот вам простая аналогия. Если вы встанете так, чтобы толстое дерево заго- раживало вам солнце, вы солнца не увидите. А вот бегающий Петя, которому де- рево солнце не загораживает, его увидит. Результат эксперимента зависит от условий его проведения, от точки зрения экспериментатора. В науке такую точку зрения называют системой отсчета. Если вы сидите в движущемся поезде, то в вашей системе отсчета поезд неподвижен, поскольку вы движетесь вместе с ним с той же скоростью. А вот относительно системы отсчета Пети, который стоит на полустанке, и поезд, и вы очень даже подвижны и со свистом проноситесь мимо, оставив Петю со взъерошенными волоса- ми. А нельзя стоять так близко от электрички! В общем, электромагнитное поле есть единая природная реальность. Просто можно найти такую точку зрения для наблюдения за ней, что вам будет видна только одна грань этой реальности — магнитная либо электрическая. К интересным делам мы сейчас переходим! Ох, к интересным!.. Смотрите. Вот мы толкнули магнит, висящий на веревочке. Он начал движение. А движущееся магнитное поле порождает рядышком поле электрическое. Которое, естественно, тоже движется (вслед за магнитом). Но движущееся электрическое поле должно, в свою очередь, порождать рядышком магнитное поле! А магнитное —
снова неподалеку порождает электрическое. И так далее. Что это? Электромаг- нитная волна побежала вокруг во все стороны! Вокруг силовых линий магнитного поля закручиваются силовые линии поля элек- трического г а вокруг тех — снова магнитного и так далее. А теперь мы раз — и остановили магнит! Генерация волны прекратилась. Но те волны, которые уже бы- ли сгенерированы ранее и успели убежать, все еще кругами разбегаются от нас в мировое пространство, постепенно затухая. Распространение электромагнитной волны (В - характеризует маг- нитное поле, Е - электрическое). Можно и по-другому поступить — начать трясти или колебать электрический за- ряд. Тогда в пространстве вокруг него тоже начнет распространяться волна электромагнитных возмущений. Качающийся заряд колеблет вокруг себя поле со- вершенно точно так же, как дрожащая струна колеблет воздух, периодически тол- кая его вокруг себя. При этом мы слышим звук струны. Звуки — это волны в воздухе, то есть периодически налетающие на нас уплот- нения и разрежения воздуха. Мы этих периодических сгущений и разрежений про- зрачного воздуха не видим. Но слышим. А электромагнитную волну можем засечь приборно. И раз уж у нас речь зашла о разных волнах, им придется уделить некоторое внимание. Волны — это круто! (ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ)
Литпортал НАТУРАЛИСТ НА МУШКЕ Джеральд Даррелл Предисловие Вероятно, прежде всего, мне следует принести рациональное объяснение не- сколько странного названия этой публикации. Если вы найдете слово «shoot» в словаре, то увидите, что среди многих его значений, включая такие, как «стрелять», «забивать гол» и «пускать ноги», есть определение «фотографировать, производить киносъемку». Оно и лежит в ос- нове названия этой публикации, представляющей собой хронику целого года съе- мок, которые проводили я и моя жена, Ли, для создания десяти получасовых се- рий телевизионной программы «Натуралист-любитель». Не так давно ко мне обратились с предложением написать книгу под названием (оно уже было заготовлено) «Полный справочник натуралиста-любителя». Я сразу же отклонил определение «полный», сказав, что всякий, кто пишет руководство, претендующее на полноту, заранее напрашивается на неприятности и использовать это прилагательное в отношении мира живой природы — где открытия происходят с такой быстротой, что у нас едва хватает времени на то, чтобы их регистриро- вать , — будет, но меньшей мере, опасно. Вот почему было принято решение на- звать справочник просто «Натуралист-любитель». Первоначально эта книга замышлялась как небольшой путеводитель по Британ- ским островам. Затем кто-то сказал, что будет неплохо включить туда остальную Европу; потом кто-то еще с большей убедительностью поведал о том, как ждут такую книгу в Америке, далее, нашлись и те, кто стал говорить об огромной по- требности в таком справочнике в Австралии, Новой Зеландии, Южной Африке, на- перебой указывая на север, юг, запад и восток. Тут ситуация полностью вышла из-под контроля.
Я отдавал себе отчет в том, что не смогу написать такую книгу и провести для нее все необходимые исследования, в связи с чем предложил Ли перестать ограничивать себя ролью украшения моей особы, извлечь на свет свой диплом доктора философии (заброшенный со дня нашей свадьбы) и, хорошенько его про- ветрив, взять на себя вею исследовательскую часть, которая к тому времени, по размерам и широте охвата материала, грозила превзойти Британскую энциклопе- дию. Она послушно согласилась и, помогая мне в придании окончательной формы будущему сочинению (мы решили, что его структура будет основана на экосисте- мах вместо громоздкого и бессмысленного с точки зрения биологии деления по странам и регионам), приступила к титаническому труду по просмотру тысяч книг, проверяя и перепроверяя содержащиеся в них сведения (вы просто не пред- ставляете себе, как часто ученые противоречат друг другу), обращаясь за сове- том к целой армии деятелей науки. Как только поток информации хлынул на мой письменный стол, я начал посте- пенно превращать его в то, что Ли, нарушая субординацию, иронично называет «высокой прозой». Работа над книгой продолжалась более двух лет, и если вся эта затея не за- кончилась разводом, то это исключительно благодаря долготерпению и выдержке моей жены. Книга сразу же завоевала успех, и излучающие самодовольство авторы начали задумываться о том, как провести заслуженный отпуск. Однако все так восхищались нашей книгой, что незаметно для себя мы дали согласие на съемку основанного на ней телевизионного сериала; и вот через восемнадцать месяцев после выхода книги фильм был завершен. Продюсером сериала была назначена Пола Куиглп, или, как мы ее называли, Ку- иггере, наша хорошая знакомая, которую мы успели полюбить еще во время нашей совместной работы на Маврикии и Мадагаскаре, где проходили съемки многосерий- ного телефильма «Странствия ковчега». Это стройная, миниатюрная женщина с копной темных курчавых волос, курносым, как у пекинеса, носом и загадочными глазами, способными принимать то синий, то зеленый оттенок, в зависимости от того, что на ней надето. Она также обладает неправдоподобно длинными ресница- ми, которые можно сравнить разве что с жирафами. Кроме того, в дополнение к своему приятному женскому сопрано она обладает способностью издавать такой вопль, который мог бы принести ей первый приз на городском конкурсе крикунов, и этот ее талант оказался весьма полезным, поскольку наш скромный бюджет не позволял нам приобрести «уоки-токи» или мегафон. (При наличии в нашей команде такого человека, как Пола, эти средства коммуникации явно были бы излишними.) Съемки проводили два режиссера, Джонатан Харрне и Эластер Браун. Эластер снял семь серий, а Джонатан шесть. Эластер имел чопорный вид, отчасти потому, что расширяющиеся залысины придавали его лбу благородные пропорции. Его свет- ло-голубые глаза, спрятанные за стеклами очков, излучали таинственный блеск, наводивший на мысли о Белом Рыцаре, а с лица не сходила ироничная улыбка. Он имел привычку медленно поворачиваться на месте, склонив голову набок, что вы- зывало в памяти изображение Висельника из колоды карт таро. Его манера выра- жаться не доконченными фразами, не имеющими очевидной связи друг с другом, сильно затрудняла общение, но, к счастью, с нами была Пола, бравшая ни на се- бя роль переводчика в тех случаях, когда Эластер приходил в сильное побужде- ние, и нам начинало казаться, что он разговаривает на патагонском. В противо- положность ему Джонатан был темноволос, несколько мрачноват и обладал демони- ческой красотой в духе мистера Хиткдпффа,1 что в сочетании с хриплым голосом и манерой тщательно выбирать слова поначалу позволяло принять его за педанта, пока вы не замечали скрытый в его словах своеобразный черный юмор. 1 Персонаж романа Эмили Бройте «Грозовой перевал». — Прим. перев.
Мы так и не выяснили, хорошо или плохо иметь сразу двух режиссеров. Ясно лишь, что это пробуждает здоровый дух соперничества; но режиссеры, если дать им волю, начинают проявлять сверхэнтузиазм, и в нашем конкретном случае они соперничали в том, кто из них заставит нас выполнить самый опасный, леденящий душу трюк, и если бы не нежная забота Полы, мы бы не раз могли расстаться с жизнью. Ведь стоит только режиссеру мысленно представить себе какую-то сцену, как уже ничто не в силах его удержать, и очень скоро вы рискуете оказаться в графе неизбежных потерь. Эту позицию в свое время красноречиво сформулировал Альфред Хичкок: «Я никогда не высказывался в том смысле, что актеры и актрисы — скот, я лишь говорю, что с ними следует обращаться как со скотом». Как бы то ни было, теперь у меня есть возможность взять реванш. Ко всем трудностям нашего рискованного предприятия следует добавить тот факт, что ни Пола, ни Эластер, ни Джонатан не были натуралистами. Как мы вскоре выяснили, их знания о природе могли уместиться в рюмочке для яйца, ос- тавив там еще достаточно места. После долгих раздумий, затратив немало мыс- ленных усилий, они, пожалуй, смогли бы отличить, мышь от жирафа, краба от акулы, лягушку от удава-констриктора и бабочку от орла, но это было бы для них настоящим подвигом. Однако в процессе съемок мы заместили, что они, неза- метно для себя, начинают прекращаться в истинных любителей природы, и это вселило в нас надежду на будущий успех нашего сериала, основной целью которо- го было помочь любому человеку, в возрасте от девяти до девяноста, взглянуть на мир широко открытыми глазами натуралиста-любителя. Мы рады тому, что завершили эти съемки, несмотря на все поджидавшие нас трудности. Я не знаю, взялись бы мы за эту работу, заранее зная, с чем нам предстоит столкнуться. К тому же что ни говори, а путешествовать по всему ми- ру за чужой счет — ото всегда большое удовольствие, и хотя сам я уже видел много из того, что нам приходилось снимать, Ли раньше не имела такой возмож- ности, и, наблюдая за непосредственной реакцией своей жены, я радовался вме- сте с ней. Чтобы снять эти десять серий, мы за двенадцать месяцев преодолели сорок де- вять тысяч миль от Скалистых гор в Канаде до Панамы, от Южной Африки до се- верной оконечности Британских островов. В заключение для тех, кто думает, будто наша жизнь была сплошной экзотикой, хочу сказать, что если проводить жизнь в путешествиях интересно и приятно, то снять десять получасовых теле- фильмов — чертовски трудная и изнурительная задача, и если в конце пути вы все останетесь друзьями, это и будет одним из самых удивительных чудес на свете. Словарь терминов В публикации периодически встречаются термины из мира кино. Рискуя на ску- чить читателю, я привожу здесь краткий словарь наиболее распространенных по- нятий, чтобы не перегружать текст дополнительными пояснениями. 1. Герой. Ли, я либо кто-то еще, взявший на себя смелость представлять мате- риал в очередной серии. 2. Крупный план. Заполняющее весь экран лицо со следами разгульной жизни. Ли смотрится настоящей красоткой. 3. Средний план. Ваш портрет, примерно до колена, на котором хорошо видно, к каким последствиям приводят годы потребления изысканной пищи и тонких вин. Ли выглядит стройной, как резвая рыбешка. 4. Общий план. К счастью, нас почти не видно. Деревья, горы и другие детали пейзажа отвлекают внимание от наших недостатков. 5. Панорамный кадр. Камера безжалостно следует за вами, слева направо или
наоборот, пока вы идете (или бредете), стараясь удержать в памяти свой текст и не позволить проводу от микрофона запутаться в траве и кустах. 6. Наезд камеры. Вы находитесь в полумиле от камеры, и тут, когда вы меньше всего этого ожидаете, камера делает наезд, словно бы приближаясь к вашему лицу на расстояние в два фута, из-за чего становится хорошо заметно, что вы не подровняли свою бороду. Кроме того, ввиду какой то странной особен- ности сильной оптики, вы выглядите значительно менее респектабельно, чем представляете себя сами. Что же касается Ли, то, хоть меня это и бесит, я вынужден признать, что она выглядит лучше, чем Джеки Онассис после про- должительного отдыха, джакузи и роскошного массажа. 7. Озвучивание сцены. Вы смотрите в камеру так, словно перед нами находится лучший друг, и говорите доверительным тоном, изо всех сил стараясь не за- быть текст. 8. Оговорка. Когда вы озвучиваете сцену и говорите в камеру: «Я хочу обра- тить вашу сову на то, как...» вместо; «Я хочу обратить ваше внимание на то, как сова...» или произносите еще какую-то чушь. К несчастью, оговорки обла- дают особенностью быстро плодиться, и когда к вам привяжется одна, за ней следует и другая, в результате чего вы замечаете, что несете полную око- лесицу. После этого, вызвав праведный гнев режиссера, вы спешите укрыться под сенью дерева и поискать утешения у своей жены. 9. Бюджет. Сумма денег, тщательно рассчитанная для того, чтобы ее не хватило для выполнения стоящей перед вами задачи. 10.Соринка в кадре. Когда вы только что (с пятнадцатой попытки) успешно за- вершили съемку очень трудной сцены, оператор вдруг сообщает, что в «кад- ровое окно» камеры загадочным образом попала некая нефотогеничная деталь окружающего пейзажа, испортив весь отснятый материал, из-за чего вам при- ходится делать очередной дубль, в ходе которого вы опять оговариваетесь и забываете текст. Известны случаи, когда незадачливый оператор становился жертвой разъяренного героя и режиссера фильма. Серия первая Расположенный в Провансе город Ним задыхался от жары. Люди изнемогали, про- никающий в легкие раскаленный воздух, казалось, был неспособен поддерживать жизнь. Город, с его широкими, обсаженными деревьями бульварами и сетью узких улочек, наполненных запахами свежего хлеба, фруктов, овощей, сточных канав и кошек, был залит яркими лучами солнца, поджаривающими его на медленном огне. В центре города находилась огромная римская арена, похожая на извлеченную из морских глубин средневековую корону, покрывшуюся за много лет слоем корал- лов. Она ярко сверкала под безжалостными лучами солнца, и во всех ее углубле- ниях и трещинах прятались от жары полуживые голуби. От дерева к дереву бес- цельно бродили собаки с ажурными лентами слюны, сбегающей с языка. Неугомонно стрекотали цикады, укрывшиеся на огромных пятнистых платанах, протянувшихся вдоль бульваров. Кубики льда в стакане таяли у вас на глазах. Вас интересует температура воздуха? Было достаточно жарко для того, чтобы запечь целого быка в песке римской арены, сварить всмятку яйцо в прудах и фонтанах Jardin de la Fontaine или приготовить тост на черепице любой из городских крыш — но край- ней мере, нам так казалось. Температура в тени превышала 38 С, отчего кожа походила на липкую резиновую оболочку, под которой не могло существовать что- либо живое. Сидней Смит как-то раз пожаловался, что однажды из-за сильной жа- ры ему хотелось скинуть с себя плоть и обнажиться до костей. Мы прекрасно по- нимали , что он в тот момент чувствовал. В нашем доме, расположенном на окраине города, там, где берет начало сухое,
как трут, плато Гарриг, проводили косметический ремонт, — штукатурили стены, перестилали черепицу, меняли двери. В такой зной было крайне трудно спорить и взывать к совести оглушенных жарой каменщиков, плотников и водопроводчиков, доведенных до изнеможения простой необходимостью пропускать через легкие рас- каленный воздух. Именно в этот момент мы услышали о том, что все контракты, связанные со съемками фильма «Натуралист-любитель», подписаны, и мы можем приступать к ним немедленно. Первая серия нашего фильма была посвящена пред- ставителям животного мира, населяющим скалистые морские побережья, и мы соби- рались показать, что береговая линия, как и поверхность утесов, разделена на определенные зоны обитании. Говорят, что резкая смена обстановки действует благотворно. Что ж, нам вы- пала прекрасная возможность проверить это утверждение на себе. Оставив зали- тый солнцем Ним с носовым провансальским говором Панча и Джуди, мы вылетели на крайний север Великобритании, на Шетландские острова, и вскоре оказались на острове Анст, где воздух был ласковым, не теплее, чем парное молоко, а речь смазанной и расплывчатой, словно мягкое жужжание шмеля. После обычной неописуемой неразберихи, которая возникает всякий раз, когда вы доверяете организацию своей поездки так называемым экспертам из бюро путе- шествий, мы неожиданно для себя обнаружили, что уже летим над зелеными ланд- шафтами приглушенных пастельных тонов, и вскоре наш самолет приземлился на посадочной полосе аэропорта в Абердине. Здесь мы встретились с нашей съемоч- ной группой. Оператор Крис, низкорослый бородатый крепыш, всем своим видом излучавший компетентность и уверенность, походил на добрейшего гнома с иллю- страции к детской книге сказок. Наш звукооператор Брайан, элегантный мужчина с темными вьющимися волосами и холеной внешностью, скорее напоминал банков- ского менеджера из Пепджа или Сербитона, чем того, кто готов часами лежать в кустарнике, магически удавливая звуки живой природы. Помощник Криса, молодой симпатичный парень по имени Дэвид, в первый момент заставил меня пережить на- стоящий шок. Приближаясь к нам по залу ожидания, он двигался, как человек, страдающий тяжелой формой нервного заболевания, даже более жестокого, чем пляска святого Витта. Мне показалось странным, что парня с таким серьезным недомоганием взяли работать помощником оператора. Только когда он подошел по- ближе, я обнаружил, что его судорожные движения вызваны какой-то дикарской музыкой, доносящейся из прицепленного к поясу «уолкмана», и мое сострадание к нему тут же пропало. Абердин — красивый, чистый городок с величественными фасадами домов, чьи серые шиферные крыши напоминают прически в стиле «битлз», улицами, украшенны- ми клумбами разноцветных роз с огромными шелковистыми лепестками, услаждающи- ми взор и обоняние, Я был рад тому, что из-за возникших сложностей мы уже не успевали попасть на Шетландские острова к назначенной дате и поэтому были вы- нуждены вылететь из Абердина в Леруик, самую южную оконечность центрального острова, а потом добираться до Анста на микроавтобусе по шоссе и в качестве вознаграждения по пути дважды переправляться на морском пароме. Первое, что здесь поражало, это цвета. Они были такими нежными, что каза- лось , будто поверх зеленой или коричневой краски нанесли тонкий слой мела, а низкие, скульптурно вылепленные облака имели те же самые серые и бледно- кофейные тона, что и овечья шерсть, развешанная на заборах и живой изгороди. Мягкие, молочио-изумрудные оттенки низких, округлых холмов переходили в шоко- ладные и розовато-лиловые там, где рос вереск. Тянувшиеся вдоль дороги живые изгороди украшал золотой орнамент из лютиков и одуванчиков, местами охвачен- ный языками пламени пурпурного вербейника, а в сырых низинах лепестки ярко- желтых ирисов поднимались, словно знамена, среди армии зеленых листьев-мечей. По какой-то причине эта местность напоминала мне Новую Зеландию с ее холми- стыми просторами, дорогами, почти полностью лишенными транспорта, и тем же
самым чувством уединенности. Кое-где вереек был скошен и из земли вырезаны куски торфа. Эти кирпичи торфа, пряного и темного, словно кекс с коринкой и изюмом, были выложены для просушки огромными беспорядочными кучами рядом с крохотными домиками ферм. Наконец мы добрались до нашего мотеля, расположен- ного на берегу моря, и едва успели устроиться в своих номерах, как к нам при- соединился Джонатан, предусмотрительно прихвативший с собой бутылку божест- венного нектара — бледно-желтого «Гленморанжа». — Итак, — сказал Джонатан, сделав первый пробный глоток, — завтра мы от- правляемся на белые скалы — те, что у мыса Германес. Там живет большая коло- ния бакланов. Вначале мы спускаемся с утеса... — Минуточку, — вмешался я. — Какой утес? Мне ничего не говорили про утесы. — Обычный утес, — небрежно бросил Джонатан. — На нем гнездятся самые раз- личные виды птиц — кайры, тупики, моевки и прочие. Это одна из самых больших гнездовых колоний морских птиц в Северном полушарии. — Так что же все-таки насчет утеса? — вновь спросил я, не позволяя сбить себя с толку. — Ну, нам потребуется спуститься с него, — сказал Джонатан, — иначе мы не сможем снять птиц. — А он высокий? — Нет, не очень, — уклончиво ответил он. — И все-таки, какова его высота? — Что-то около... четырехсот-пятисот футов, — ответил он, а затем, увидев вы- ражение моего лица, поспешно добавил: — Вниз ведет отличная тропа; ею посто- янно пользуются смотрители. — Кажется, я говорил, что высота вызывает у меня сильное головокружение, не так ли, мистер Харрис? — Говорил. — Я понимаю, глупо страдать от такой слабости, но что поделаешь. Я не раз пытался ее побороть — ничего не помогает. Стоит мне на секунду потерять под ногами твердую почву — и я потом две недели страдаю от головокружений. Вот до чего доходит. — Понимаю, — произнес Джонатан с притворным сочувствием, — но на сей раз все будет в полном порядке. Это проще, чем с бревна упасть. — Не могу поздравить тебя с удачным выбором метафоры, — едко заметил я. Ко всеобщему удивлению, за ночь облака рассеялись, и наутро мы оказались под голубым небом, чья яркость была почти под стать средиземноморской. Джона- тан кипел от радостного возбуждения. — Восхитительный день для съемок, — сказал он, пристально посмотрев на меня сквозь стекла очков. — Как самочувствие? — Если тебя интересует, не прошла ли чудесным образом за ночь моя болезнь, то ответ будет отрицательным. — Я уверен, все будет хорошо, — произнес он с некоторым беспокойством. — Тропы там и в самом деле просто отличные. Ими пользуются много лет, и еще не было ни одного несчастного случая. — Мне бы не хотелось создавать прецедент, — признался я. Мы проехали на машине так далеко, как смогли, после чего пошли пешком по склонам, заросшим вереском и изумрудно-зеленой травой, к величественным уте- сам Германеса. В зарослях невинные липкие личики росянки поворачивались в сторону любого оказавшегося поблизости насекомого, готовые поймать и прогло- тить его, — эти крохотные спруты буквально кишели среди переплетенных, как ведьмино помело, корней вереска. Над зелеными полянами, гладко выстриженными пасущимися овцами, словно лужайки для игры в шары, возвышалась пушица, росшая здесь в изобилии. Издалека ее скопления напоминали заснеженные поля, но стои- ло вам приблизиться и пройтись по этому снегу, как к небу поднимались миллио-
ны белых кроличьих хвостиков, беспорядочно мельтешащих на ветру. Над нашими головами, раскинув огромные крылья, кружили темно-шоколадные по- морники, внимательно приглядывавшие за нами, поскольку в зарослях вереска ук- рывались их птенцы. Вскоре мы нашли одного малыша, размером с небольшого цып- ленка. Покрытый светло-коричневым пухом, с черными щеками и клювом и пронизы- вающим взглядом огромных темных глаз, он был очаровательным ребенком. Когда мы с Ли бросились за ним сквозь вересковые заросли, его родители тут же нача- ли пикировать на нас — воистину незабываемое зрелище. Раскинув напряженные крылья, они устремлялись на нас с высоты, со свистом рассекая воздух, похожие на причудливые светло-коричневые «Конкорды». В самое последнее мгновение, всего лишь в нескольких футах от наших голов, они резко сворачивали в сторону и, сделав круг, повторяли все снова. Ли вскоре удалось поймать птенца, после чего родители сосредоточили на ней свои атаки. Я знал, что поморники способны сбить человека с ног ударом крыла, и поэтому поскорее забрал у нее малыша. Родители тут же переключили свое внимание на меня, подбираясь все ближе и ближе с каждым новым заходом, и ветер гудел у них в крыльях, когда они пики- ровали вниз. Вначале я инстинктивно пригибал голову, но вскоре обнаружил, что если подпустить их на дюжину футов, а затем резко взмахнуть руками, то они тут же отклоняются от курса. — Давайте снимем несколько кадров о поморниках, с этим очаровательным малы- шом у тебя на коленях, — предложил Джонатан. Короткохвостый поморник. Итак, камера была установлена и микрофон спрятан у меня на шее. Наша подго- товительная деятельность усилила волнение родителей-поморников, и они начали проводить свои атаки с удвоенной энергией, пикируя то на меня, то на камеру, каждый раз пролетая в опасной близости от нас. Когда камера была готова, я присел на корточки в зарослях вереска, устроив толстого птенца у себя на ко- ленях. Я только открыл рот, чтобы начать свою увлекательную лекцию о поморни- ках, как малыш привстал, неожиданно клюнул меня в большой палец, заставив упустить нить повествования, а затем начал громко и обильно испражняться пря- мо на мои колени. — Природа естественна во всех своих проявлениях, — прокомментировал Джона- тан, пока я очищал носовым платком свои брюки от липкой, пахнущей рыбой жи- жи . — Хотя вряд ли мы сможем использовать такой кадр в будущем фильме. — Когда закончишь смеяться, — сказал я, обращаясь к Ли, — можешь взять это- го проклятого птенца и выпустить его. Мне кажется, с меня уже хватит на сего- дня интимного общения с поморниками.
Она взяла моего толстого, пушистого друга и, отойдя в сторону на два десят- ка футов, посадила его в вереск. Он тут же бросился наутек, низко припав к земле и выбрасывая в стороны ноги, живо напоминая своей манерой бега пожилую полную даму в меховой шубе, пытающуюся успеть на отъезжающий автобус. — Какой он милый, — с сожалением произнесла Ли. — Мне бы так хотелось, что- бы он у нас остался. — А мне ничуть, — признался я. — С ним все наши деньги уходили бы на оплату счетов из химчистки. Безусловно, поморники одни из самых грациозных хищников неба. Подобно брон- зовым от загара пиратам, они неотступно проследуют других птиц, заставляя их бросить пойманную рыбу. После этого поморник камнем бросается вниз и подхва- тывает добычу прямо на лету. Известны даже случаи, когда эти наглые морские разбойники щипали бакланов за кончики крыльев, заставляя их выпустить рыбу. Поморники едят все подряд, и они не побрезгуют украсть рыбу у взрослой птицы, будь то баклан или кайра, а затем полакомиться яйцами или даже птенцами из ее гнезда. Мы продвигались вперед, встречавшиеся нам по пути стада овец походили на взбитые сливки, разбрызганные по зеленой скатерти дерна, над головой ярко сияло солнце. Наслышанные о суровом климате Шетландских островов, мы преду- смотрительно укутались с головы до ног, и теперь, почувствовав, что пот сте- кает с нас ручьями, начали скидывать с себя куртки и пуловеры. Вскоре поверх- ность земли пошла под уклон к отвесным скалам, за которыми раскинулся Атлан- тический океан, синий, словно цветы горечавки. Повсюду порхали каменки- попутчики, и их хвостики вспыхивали, словно маленькие белые огоньки, когда они танцевали в воздухе прямо перед нами. Два ворона, черных, как траурные повязки, медленно летели вдоль края обрыва, скорбно каркая друг другу. Высоко в небе завис жаворонок, и на нас журчащим ручейком лилась его дивная песня. Если бы падающая звезда могла петь, мне кажется, она бы пела, как жаворонок. Вскоре мы подошли к краю утеса. Примерно в шестистах футах под нами гигант- ские голубые волны, поднимая тучи брызг, прокладывали себе путь среди скал, похожие на клумбы белых хризантем. Воздух был наполнен ревом прибоя и криками тысяч и тысяч морских птиц, подобно снежной буре круживших между скал. Их ко- личество поражало воображение. Тысячи бакланов, моевок, глупышей, гагарок, чаек, поморников и десятки тысяч тупиков. Неужели в море хватает рыбы, чтобы прокормить эту разноголосую воздушную армию с ее многочисленными семействами, заполонившими поверхности утесов? У края утеса, там, где земля достаточно мягкая, чтобы ее копать, находится особая зона расселения тупиков. Здесь они роют свои норы с помощью сильных клювов и лап. Тупики расположились плотными группами, и они почти позволяли на себя наступить, прежде чем броситься с края утеса и улететь прочь, быстро взмахивая крыльями, при этом их лапки болтались сзади, словно маленькие оран- жевые ракетки для пинг-понга. Стоило посмотреть на зеленые вершины скал, усе- янные многими сотнями этих важно расхаживающих птиц в аккуратных черно-белых смокингах, с огромными клювами в оранжево-красную полоску, напоминавшими кар- навальные носы. Возникало впечатление, что присутствуешь на съезде клоунов. В дополнение к такому изначально забавному виду у многих птиц, только что вер- нувшихся с рыбной ловли далеко в море (порою в поисках добычи они отлетают от берега на триста километров), по обеим сторонам ярко раскрашенных клювов сви- сали аккуратно собранные пригоршни песчанок, похожие на усы из рыбы. Самое удивительное в том, что песчанки всегда ориентированы головой к хвосту, как сардины, аккуратно сложенные в консервной банке. То, как эти птицы умудряются ловить мелкую рыбешку и складывать ее в своем клюве столь тщательным образом, несомненно, является их величайшим искусством.
Атлантический тупик. Пройдя дальше вдоль края утеса, мы наткнулись на двух человек, занятых крайне любопытным занятием — ужением тупиков. Я знаю, что в отдаленных угол- ках земного шара аборигены порой ведут себя весьма экстравагантно, но никогда ранее мне не доводилось видеть что-либо подобное. Присев на ягодицы, они мед- ленно съезжали к краю обрыва, где расположилась группа степенных тупиков, на- стороженно наблюдающих за их приближением. Один из мужчин держал в руках длинный шест с петлей на конце. Наметив себе жертву, он осторожно подкрался к ней, ловко манипулируя петлей, набросил ее на одну из оранжевых лапок тупика, а затем подтащил к себе бьющую крыльями, кудахчущую птицу; и, оказавшись в пределах досягаемости его напарника, она попала к нему в руки. Я подумал, что это достаточно странная манера обхождения с птицами в месте, которое, в конце концов, является заповедником. Однако, когда мы подошли поближе, я понял, что они прикрепляют кольцо на лапку тупика. Такие кольца служат для тупика свое- образным паспортом пли идентификационной карточкой. Если птицу потом найдут больной или мертвой либо она просто попадет в сеть, кольцо на ноге скажет о том, где и когда она была окольцована. Разумеется, для птицы эта процедура является своего рода бюрократией, но она позволяет нам узнать много нового о загадочной жизни морских птиц вдали от берега, в перерывах между брачными се- зонами . Два смотрителя рассказали нам о том, что на скалах мыса Германес сотни ты- сяч тупиков выводят свое потомство, и только в течение периода размножения птицы выходят на берег и их можно отловить для кольцевания. Они передали мне своего пленника, чтобы я сказал несколько слов в камеру о тайнах, связанных с жизнью тупиков, и мне очень быстро пришлось испытать на себе, что при всей своей комичной внешности и кажущемся тупоумии тупики отлично знают, как за себя постоять. Я достаточно беспечно взял тупика на руки, и через мгновение толстый, похожий на бритву клюв, словно гигантская крысоловка, защелкнулся на моем большом пальце, а острые, как иглы, когти, ничуть не уступающие кошачь- им, начали раздирать мне руки. Закончив произносить перед камерой свой моно- лог, я был счастлив поскорей освободить воинственного приятеля и позволить Ли оказать первую помощь моим израненным рукам. — Теперь, после того как меня чуть не разорвал на части туник, — обратился я к Джонатану, — какие еще испытания для меня заготовлены?
— Теперь нам предстоит спуститься вниз, — ответил Джонатан. — И где же? — поинтересовался я. — Прямо здесь, — сказал он, показывая на край утеса, который, насколько я мох1 видеть, почти отвесно обрывался к морю, плещущемуся у его основания ше- стьюстами футами ниже. — Но ты обещал мне спуск по тропе, — запротестовал я. — Так вот она, — сказал Джонатан. — Если ты подойдешь к краю, то сможешь ее увидеть. Соблюдая максимальную осторожность и борясь с начинающимся приступом тошно- ты, я приблизился к краю. Петляя среди пучков травы и армерий, вниз сбегала едва различимая линия, выглядевшая так, словно в далеком туманном прошлом этот извилистый путь протоптало стадо одурманенных козлов, которые, шатаясь, спускались по отвесной стене, чтобы предаться у ее подножия пьяной оргии. — и это ты называешь тропой? — поинтересовался я. — Если бы я был серной, то, возможно, согласился бы с тобой, но ни один человек, рожденный женщиной, не сможет здесь спуститься. Пока я говорил, Крис, Дэвид и Брайан со своими тяжелыми рюкзаками, нагру- женными съемочной аппаратурой, прошли мимо меня и исчезли внизу на покрытой тенью тропе. — Только и всего, — сказал Джонатан. — Здесь нет ничего страшного. Нужно лишь расслабиться. Я буду ждать вас внизу. С беспечным видом он начал спускаться по почти отвесной скале. Ли и я по- смотрели друг на друга. Я знал, что она тоже страдает от головокружений, но не в такой острой форме, как я. — Ты не помнишь, в наших контрактах где-нибудь говорится о том, что мы обя- заны заниматься скалолазанием? — поинтересовался я. — Вероятно, в каком-то из примечаний, — печально ответила она. Сотворив быстренькую молитву, мы начали свой путь вниз. Путешествуя по все- му свету, мне не раз приходилось испытывать страх, но спуск с этого утеса по остроте ощущений с лихвой перекрыл весь мой прошлый опыт. Остальные шагали по едва различимой тропе так, словно это была широкая, ровная автострада, в то время как я сползал на животе, отчаянно цепляясь за пучки травы и маленькие растения, которые, конечно же, легко расстались бы с поверхностью скалы при более значительном усилии с моей стороны, мелкими шажками продвигаясь по тро- пе шириной в шесть дюймов, изо всех сил стараясь не смотреть в ту сторону, где скала почти отвесно уходила вниз, мои руки и ноги отчаянно дрожали, а те- ло стало липким от пота. Это было постыдное зрелище, и я чувствовал себя ужасно неловко, но поделать с собой ничего не мог. Страх высоты невозможно вылечить. Когда я все-таки добрался до подножия утеса, мышцы на моих ногах дрожали так сильно, что мне пришлось присесть на десять минут, прежде чем я снова смог ходить. Я позволил себе несколько резких высказываний в адрес предков Джонатана и предложил ему совершить над собой несколько процедур — к несчастью, трудновыполнимых. — Что ж, тебе удалось спуститься вниз в полной сохранности, — заметил он. — Теперь осталось побеспокоиться лишь о том, как вновь подняться наверх. — Меня это не волнует, — резко ответил я. — Ты можешь спустить сюда палатку и организовать доставку продуктов, а мы устроим здесь свою резиденцию — от- шельники острова Анст. Говоря по правде, место для этого подходило как нельзя лучше. Там, где за- канчивалась так называемая тропа, находилась ровная площадка, покрытая дер- ном, и с нее открывался хороший вид на поверхность утеса в двух направлениях. Береговая линия представляла собой нагромождение огромных валунов, некоторые из них были размером с просторную комнату, и между ними ревело и пенилось темно-синее бушующее море. Вся скалистая береговая линия, насколько мог ви-
деть глаз, была усеяна птицами, а в небе их было столько, что они напоминали гигантские снежинки, кружащиеся над нашими головами. Какофония их криков была просто ужасающей. Повсюду виднелись кучки кайр, тесно жмущихся друг к другу на своем уступе. Многие из них сжимали между лап свое единственное, ярко рас- крашенное яйцо. Яйца зеленые, коричневые, желтые, желтовато-коричневые, в крапинку и в пятнышках и среди них, подобно отпечаткам пальцев, ни одной идентичной пары. Их странные, брюзжащие голоса эхом отдавались среди скал, когда они толкались друг с другом или поучали птенцов. Их брачный сезон уже давно закончился, но мне приходилось наблюдать этот необычный ритуал ухажива- ния кайр в других местах. Пожалуй, самой любопытной частью брачного ритуала является своеобразный групповой танец птиц на поверхности моря. Кайры извива- ются и кружатся, танцуя над волнами, а затем, совершенно внезапно, словно бы повинуясь какому-то таинственному сигналу, они все одновременно ныряют и про- должают свой танец под водой. В то же самое время отдельные группы совершают в воздухе фигуры высшего пилотажа, и можно наблюдать, как сотни птиц кружат- ся, машут крыльями, пикируют и взмывают в небо так, словно они представляют собой единое целое. Какими мгновенными сигналами они обмениваются друг с дру- гом для достижения такой необычайной синхронности полета, разглядеть нельзя, но сигналы должны существовать, поскольку без них подобная согласованность действий просто невозможна. Тонкоклювая кайра. На других уступах находились слепленные из корней и глины гнезда моевок — опрятных, скромных на вид чаек. В то время как другие виды чаек оставили мор- ские просторы и теперь промышляют на суше, обследуя пашни и городские свалки, консервативные моевки сохранили свою преданность морю. Это такое хрупкое, за- стенчивое маленькое существо, что когда оно вдруг открывает клюв и издает хриплый пронзительный крик, от неожиданности можно испытать настоящий шок. Я заметил, что моевки Германеса великие садовники; сидя в своих гнездах, они постоянно заняты тем, что перекладывают с места на место корешки, гальку и комочки глины, делая удобные колыбельки для своих яиц.
Ниже моевок, среди камней и скал, расположились красавицы гагарки в эле- гантном черно-белом оперении, с клювами, похожими но форме на опасную бритву, тонко оконтуренными белыми полосками. Они выглядели как группа одетых с иго- лочки банкиров. Однако время от времени какая-то из птиц впадала в экстатиче- ское состояние — задирала клюв к небу, щелкала им, словно парой кастаньет, а партнер нежно пощипывал ее за шейку и чистил перышки. Лично я никогда не ви- дел, чтобы банкиры (даже самые компанейские) предавались такой процедуре. На отдельных участках скал гнездились глупыши с темно-серыми спинками и хвостами, белыми грудками и головами. В них есть любопытное сходство с голу- бями, которое еще больше усиливается за счет трубчатых ноздрей. Хотя внешне они кажутся миролюбивыми и даже робкими птицами, глупыши славятся тем, что они прекрасно умеют защищать свое потомство. Стоит вам слишком близко подойти к их гнезду, родители широко откроют клюв и выпустят в вас струю зловонной клейкой жидкости, причем с необычайной точностью. Корда я рассказал Джонатану об этой особенности глупышей, он тут же загорелся идеей отправить меня на приступ гнезда, чтобы заснять на пленку тот момент, когда родители меня ока- тят . В ответ я заметил, что такого пункта совершенно точно нет в моем кон- тракте и мне совсем не по душе весь остаток дня источать вокруг себя запахи китобойного судна. Я также сказал ему, что мои брюки, украшенные испражнения- ми птенца-поморника, положили конец, моей готовности продвигаться в данном направлении. Процесс разделения этих скал на отдельные зоны был достаточно очевиден. На первый взгляд они напоминали гигантское хаотичное сборище птиц, сбившихся в общую кучу, но при более внимательном рассмотрении вы замечали, насколько четко здесь все разграничено. Длинноносые бакланы занимали весь первый этаж, выше размещались гагарки, кайры и чистики. На верхних уступах располагались ряды моевок и глупышей, а над ними, на самой вершине утеса жили похожие на клоунов тупики. Среди потрескавшихся, влажных от брызг морского прибоя скал, в щелях и пещерах, сформированных огромными валунами, укрывались длинноносые бакланы, их зеленовато-черное оперение блестело, словно полированное, а зеле- ные глаза сверкали, как драгоценные камни. Когда мы пробирались над их гнез- дами, коренастые, шоколадного цвета птенцы в страхе припадали к земле, но ро- дители отпугивали нас хриплым карканьем, открытыми клювами, горящими глазами и поднятыми, растопыренными хохолками. Полагаю, нужно быть отчаянным храбре- цом, чтобы сунуть руку в гнездо длинноносого баклана, поскольку их клювы ка- жутся не менее острыми, чем лезвие ножа. На больших скалах, лежащих в море, или, как их еще называют, «столбах», гнездились большие бакланы. Очень похожие с виду на длинноносых бакланов, они отличаются от них отливающим бронзой оперением и белыми пятнами на подбородке и щеках. Большие бакланы сидят на скалистых уступах, раскинув крылья в ге- ральдической позе. Они выглядят в точности так же, как те фигуры на гербах, которые можно встретил, и на гигантских воротах, охраняющих въезд в средневе- ковый французский замок. Мне кажется, когда баклан сушит крылья, в его внеш- нем облике появляется что-то доисторическое. Возможно, птеродактили сидели в такой же странной позе. С нашей обзорной площадки у самой береговой линии был хорошо виден располо- женный прямо напротив нас, примерно в сотне футов от берега, огромный утес, напоминающий по форме гигантский кусок сыра чеддер, поставленный на основа- ние . Но если взглянуть на него с более близкого расстояния, то он приобретал сходство с многоярусной, крайне захламленной каминной полкой, заставленной дюжинами безвкусных безделушек из белого фарфора с надписями типа «Привет из Ворнмута». Это был птичий город, белая скала, где нашли себе пристанище де- сятки тысяч олуш. Их несмолкающие визгливые голоса ударяли вам в уши, как почти осязаемая волна звука. Сказать, что этот птичий город находился в не-
прерывном движении, значит не сказать ничего. В сравнении с ним Нью-Йорк в час пик показался бы полностью вымершим. Здесь олуши высиживали птенцов, кор- мили их, флиртовали, спаривались, чистили перышки и без усилий взмывали в воздух на своих шестифутовых крыльях. Сливочно-белые тела, черные как смоль копчики крыльев, оранжевые загривки и головы делали их необычайно красивыми, ступая по земле несколько неуклюже, вразвалку, они тут же преображались, ко- гда взлетали с утеса и начинали скользить но воздуху, словно самые элегантные и грациозные летательные аппараты. Со своими длинными, заостренными с черными кончиками крыльями, острыми хвостами и голубыми клювами в форме кинжала они казались необычайно сильными и даже смертоносными созданиями. Мы наблюдали за тем, как они парят в голубом небе и, почти не взмахивая крыльями, используя лишь различные потоки воздуха, двигаются плавно, точно скользящий по льду ка- мень . Вот они подлетают к утесу, почти касаются его кончиками крыльев, а за- тем разворачиваются, складывают крылья и приземляются так быстро, что глаз просто не успевает уловить это движение. Только что вы видели в небе большой черно-белый крест, а через какое-то мгновение он превратился в одного из мно- гих шумных и беспокойных обитателей птичьей колонии. Северная олуша. Чуть дальше, в открытом море, мы наблюдали за их невероятной техникой рыб- ной ловли в действии. Олуши парят примерно в сотне футов над волнами, при- стально всматриваясь в глубину своими бесцветными глазами. Неожиданно они разворачиваются на лету и камнем надают вниз, сложив за спиной огромные кры- лья, что делает их похожими на живой наконечник стрелы. Они входят в воду на огромной скорости и, подняв в воздух фонтан брызг, исчезают под поверхностью волн, чтобы через несколько мгновений вынырнуть с зажатой в клюве рыбой. Ко- гда тридцать или сорок олуш, напав на косяк рыбы, начинают почти одновременно пикировать за добычей, это такое необычайное зрелище, что от него просто за- хватывает дух. Мы напряженно работали весь день, снимая гигантский птичий базар, прервав- шись лишь для того, чтобы перекусить на природе. Небо оставалось безоблачным, и под яркими лучами солнца, отражающимися от воды, все сильно обгорели. Лицо Ли так покраснело, что я даже сказал, что она выглядит, как тупик в парике, но почему-то это сравнение ничуть ее не позабавило. К вечеру нам удалось за- снять на пленку морских птиц, занимающихся всеми возможными видами деятельно-
сти, и это была огромная привилегия — провести день в близком соседстве с та- ким количеством разнообразных птиц, которые, привыкнув к нашему присутствию, перестали обращать на нас всякое внимание и продолжали заниматься своими важ- ными повседневными делами: воспитывать потомство, заниматься любовью с парт- нером, ссориться с соседями — и все это выглядело очень по-человечески. Когда свет начал тускнеть и небо из голубого превратилось в бледно-лиловое, мы упаковали нашу аппаратуру и с сожалением покинули птичье царство. Я обойду молчанием свой подъем на утес; достаточно будет сказать, что он дался мне еще тяжелее, чем спуск, и, добравшись до вершины, я тут же рухнул на траву, как можно дальше от края обрыва, и неподвижно лежал на спине, уставившись в блед- ное вечернее небо, в то время как Джонатан, проявив редкую христианскую доб- родетель , раскопал в своей сумке бутылку «Гленморанжа» и усердно меня им от- паивал . Затем мы шли обратно по бархатистому дерну, через заросли вереска, фиолетово-коричневые в сумеречном свете, через пушицу, мерцающую вокруг, и под равномерный свист крыльев огромных поморников, пикирующих на нас в темно- те . Казалось невероятным, что за один день нам удалось отснять весь основной материал, необходимый для выпуска серии о морских птицах. Нам осталось лишь сделать несколько общих планов, и мы отложили их на следующий день. Наша съемка на величественных утехах Германеса была закончена, и мы вернулись на остров Джерси. Здесь мы планировали снимать жизнь на скалистых морских побережьях. При скромном размере девять на пять миль остров имеет сильно изрезанную береговую линию, и в результате протяженность полосы скалистого побережья была просто огромной для такой маленькой площади. Другое положительное обстоятельство за- ключалось в том, что море вокруг острова относительно чистое, а огромный три- дцатичетырехфутовый прилив при отступлении оставлял после себя акры и акры замечательных каменистых заводей, кишащих морскими созданиями всех мыслимых форм. Море — удивительный мир. Это все равно, как если бы мы имели по соседству с собой другую планету, настолько необычны и причудливы на сселяющие его живые существа, настолько они красочны и разнообразны. С точки зрения натуралиста морская приливно-отливная зона представляет собой любопытнейшую экосистему, где многие создания живут в крайне беспорядочных условиях, в одни периоды времени находясь на глубине нескольких футов под бушующими волнами, а в дру- гие оставаясь брошенными на суше. Разумеется, методы адаптации к такой суро- вой жизни многочисленны и разнообразны. Возьмем, для примера, обыкновенного моллюска-блюдечко, вид настолько распространенный, что на него обычно не об- ращают внимания. Он превосходно приспособился к окружающим условиям. Его ра- ковина, имеющая форму шатра, отлично противостоит разрушительной силе прибоя. У самого моллюска в процессе эволюции развилась округлая мускулистая нога, при помощи которой он прочно прикрепляется к скале. Насколько прочно, вы мо- жете проверить сами, попробовав оторвать от камня блюдечко собственными паль- цами. Подошва ноги образует своеобразную присоску, и именно она позволяет моллюску держаться так цепко. Блюдечко имеет специальные жабры, которые, словно накидка, окружают его тело. Если при отливе эта нежная ткань высохнет, животное не сможет дышать и погибнет. Но раковина моллюска прилегает к скале так плотно, что в ней сохраняется определенный запас воды, и жабры остаются влажными до самого прилива. Такое плотное примыкание обусловлено том, что моллюск раковиной и присоской постоянно подтачивает камень. Это приводит к двум последствиям: в камне появляется округлое углубление, соответствующее по размерам раковине, а сама раковина, стираясь, еще плотнее прилегает к скале. Когда блюдечко кормится, оно медленно передвигается по покрытым водорослями камням, выдвинув маленькую головку с парой щупальцев-рожек и раскачивая тело
из стороны в сторону. Это позволяет пустить в ход язычок, или радулу, — похо- жий на полоску орган, снабженный микроскопическими роговыми пластинками, ко- торые соскребают со скал различные водоросли. Когда блюдечки «пасутся», они описывают довольно большие круги, удаляясь от своего домашнего углубления. Разумеется, чтобы не засохнуть, для моллюсков жизненно важно вернуться домой до начала отлива; поэтому у них выработался удивительный инстинкт привязанно- сти к твоему месту, или «чувство дома», принцип действия которого до сих пор остается загадкой, поскольку совершенно очевидно, что он никак не связан с их слаборазвитыми органами зрения, обоняния и осязания. Приятно думать, что даже такие заурядные создания, как блюдечки, до сих пор скрывают в себе неразга- данные тайны и в мире природы все еще есть загадки, которые натуралисты- любители могут изучать и даже пытаться разгадать. Половая жизнь блюдечек ка- жется крайне запутанной для всех, кроме них самих. Подобно многим другим мор- ским животным, они с достаточной легкостью меняют свой пол, и есть свидетель- ства, говорящие нам о том, что молодые блюдечки по большей части самцы, в то время как пожилые особи преимущественно дамы. Многие блюдечки вступают в жизнь и достигают зрелости самцами, а затем до конца своих дней превращаются в настоящую даму. Наряду с этой любопытной особенностью блюдечки, в отличие от сухопутных улиток, выбрасывают свое будущее потомство прямо в море; оно развивается в микроскопическом, свободно плавающем планктоне до тех пор, пока не начнет относиться к жизни серьезно и не осядет на скалах. Особи Patella vulgata на поверхности скалы в Уэльсе. Блюдечки ведут существование в этом полувлажном-полусухом мире в компании с огромным количеством других существ: брюхоногие моллюски (каллпоетома), мок- рицеподобный тритон, рачок-бокоплав, различные морские водоросли, некоторые губки и многие камне- и древоточцы. Но самые красочные и необычайные создания можно обнаружить в прозрачных каменистых заводях, остающихся после отлива. Здесь наряду со странными методами размножения вы найдете оригинальные приемы обороны и потрясающие способы добывания пищи. Возьмем, для примера, обычную морскую звезду. Это существо способно не только раздвинуть створки раковины мидии (это уже само по себе немалый подвиг, в чем вы сами могли убедиться, если когда-либо пытались открыть устрицу), но и, кроме того, когда створки
приоткрыты на достаточное расстояние, морская звезда выворачивает наружу же- лудок, проталкивает его в раковину и начинает процесс пищеварения. Здесь же можно встретить один из видов оболочников, принадлежащих к классу аппендикулярий, с красивым, несколько по-восточному звучащим именем Oiku- pleura, — крошечное, похожее на головастика существо, использующее весьма изощренное приспособление для добычи пищи. Оно строит из слизи необычную ло- вушку для планктона, имеющую вид домика — миниатюрного, студенистого и совер- шенно прозрачного, — в котором Oikuplera сидит, производя волнообразные дви- жения хвостом, благодаря чему в домике создастся ток воды. В верхней части домика имеются два входных отверстия, затянутых очень частой защитной решет- кой, которая позволяет проникать внутрь лишь самым мелким пищевым частицам. Внутри домика находится еще одна слизистая решетка, улавливающая мельчайший планктон. В этой слизистой оболочке имеется и так называемый «аварийный вы- ход», через который Oikupleura может покинуть домик в случае появления врага. л Oikopleura cophocerca. Если методов добывания пищи легион, то не меньшее их разнообразие существу- ет в способах обороны и спасения жизни — от актинии, способной пустить вам в глаза струю воды, если вы ее потревожите, до зеленого краба, который, если поймать его за ногу, может самопроизвольно ампутировать ее за счет резкого мышечного сокращении, а затем отрастить другую. Осьминоги, кальмары и нежные каракатицы выбрасывают чернильное облако, чтобы сбить с толку и ослепить вра- га, пока они спасаются бегством. Морская звезда может спокойно пожертвовать в сражении несколькими лучами, поскольку ей ничего не стоит обзавестись новыми. Морской гребешок, уходя от преследования, использует принцип действия реак- тивного двигателя, выпуская струю воды, достаточно сильную для того, чтобы раковина переместилась на несколько дюймов вдоль морского дна. Способы размножения обитателей подводного мира поражают разнообразием форм. Например, устрица обычно начинает жизнь как мужская особь, затем меняет свой пол на женский, а впоследствии, чтобы окончательно всех запутать, производит попеременно то сперму, то яйца. Оболочники, относящиеся к классу бочоночни- ков, вообще имеют крайне сложную жизненную историю. Яйцо сначала развивается в личинку, которая со временем превращается во взрослого бочоночника. Затем в определенной части тела бочоночника развиваются почки. Эти почки перемещаются на хвостовой отросток и сидят там, прикрепившись стебельками к родителю. Че-
рез некоторое время они превращаются в такие же, похожие на бочонки существа и окончательно отпочковываются, чтобы начать самостоятельную жизнь. Неудивительно, что от такого многообразия событий, происходящих в береговой полосе, Джонатан пришел в некоторое замешательство. Кроме того, погода, столь благосклонная к нам на острове Анет, теперь резко испортилась. Подул холодный ветер, и море, которое вокруг Джерси никогда не бывает теплым, стало ледяным, а на небе не было ни малейшего проблеска. Каждое утро мы приезжали на побере- жье и, дрожа от холода, стояли возле каменистых заводей в ожидании солнца. При малейшем намеке на движение в облаках мы с Ли сбрасывали туфли и носки, закатывали до колен брюки и, прихватив наши сети и ведра, бросались в ледяную воду. — Постарайтесь выглядеть так, словно вам это нравится, — кричал Джонатан с безопасного берега. — Улыбайтесь, улыбайтесь. — Я не могу улыбаться, когда у меня зуб на зуб не попадает, — кричал я в ответ. — Если тебе нужна улыбка, пришли мне бутылку горячей воды. Из носа текло, наши глаза слезились, а ноги ниже колен потеряли всякую чув- ствительность . — Хорошо, хорошо, — подбадривал нас Джонатан. — Теперь просто сделайте то же самое еще раз. Только зайдите в воду немного поглубже. Улыбайтесь. Помни- те , вам нравится это. — Мне это совсем не нравится, Я что, похож на белого медведя? — Ничего, ничего. Главное, чтобы зрители верили в то, что вам там приятно находиться. — Чихать я хотел на всех этих зрителей. — Как можно такое говорить? — воскликнул шокированный Джонатан. — Я скажу и кое-что похуже, если ты сейчас же не закончишь снимать этот чертов эпизод. Я уже чувствую себя так, словно схватил двустороннее воспале- ние легких, а нос моей жены стал сине-фиолетовым, словно задница мандрила. — Всего еще один разок, и вы сможете выбраться на берег, — уговаривал нас Джонатан. В результате Ли и я заработали сильный насморк, и единственной ком- пенсацией за паши мучения стал приезд Полы, которая прихватила с собой не- сколько бутылок «Гленморанжа» и методично отпаивала нас этим волшебным напит- ком, пока мы вновь не почувствовали себя людьми. Серия вторая На свете есть совсем немного мест, более открытых всем ветрам, чем дивные Шетландские острова, особенно их северная часть, где мы снимали птичий базар, поэтому переезд для съемок следующего эпизода на юг Франции, в теплый, плодо- родный Камарг, внес в нашу жизнь приятное разнообразие. Камарг не похож ни на одно другое место во Франции — или даже во всей Евро- пе . В этой области обитают всевозможные виды диких животных, и она является родиной белых камаргских лошадей и свирепых маленьких черных быков, которых выращивают специально для корриды. Здесь, на широких просторах болот и трост- никовых зарослей, питаемых водами великой реки,1 в изобилии водятся дикие ка- баны, бобры, нутрии, водяные крысы и олени. Каждый год десятки тысяч птиц пролетают через эти места на пути из Африки к своим гнездовьям в Европе и, кроме того, сотни видов птиц останавливаются, чтобы вывести своих птенцов в самом Камарге, и все это формирует в дайной области уникальный, важный запо- ведник . 1 Имеется в виду Рона. — Прим. перев.
В очередной серии нашего фильма мы хотели показать, насколько важны заболо- ченные земли не только для таких животных, как дикий кабан, обитающих здесь круглый год, но и для тех птиц, которые пролетают мимо или наносят сюда визит для выведения птенцов. По какой-то непонятной причине болота повсеместно счи- таются враждебной средой. Стоит человеку наткнуться на восхитительное болото, полное диких обитателей, он успокоится только после того, как засыплет его пестицидами, отстреляет всех съедобных животных, осушит его, перепашет, засе- ет малопригодными культурами и, в результате своей непродуманной деятельно- сти, создаст еще один участок стерильной, эродированной земли там, где еще недавно был живописный, хорошо сбалансированный уголок живой природы. Такая нелепая и опасная политика идет во вред самому человеку. Места, подобные Ка- маргу, тысячелетиями обеспечивали человека мясом млекопитающих, птицей, рыбой и другими созданиями, обитающими в пресной и соленой воде, они давали ему тростник для крыш, изгородей или отопления жилищ, снабжали травами для меди- цинских снадобий и приправ. Кроме того, этот район был заповедником, где ди- кие животные могли жить и размножаться, и он, если вам угодно взглянуть на это с чисто утилитарной точки зрения, постоянно пополнял продовольственными запасами кладовую человека без всяких усилий и материальных затрат с его сто- роны. Все, что от человека требовалось, — минимум вмешательства. Поэтому, прежде чем Камарг (хотя он и назван Национальным нарком) безвозвратно исчез- нет, а это несомненно произойдет под неумолимым натиском того, что, смягчая выражение, называют «прогрессом», мы хотели попробовать показать в нашем фильме всю важность и неповторимость этого одного из самых удивительных угол- ков дикой природы в Европе. Ли и я испытываем особенную привязанность к Камаргу, поскольку наш малень- кий домик, Ма Мишель, стоит на двадцати пяти акрах дикого плато Гарриг, возле города Нима, который сам находится всего в двадцати пяти минутах езды от сердца великих болот. В этом доме мы имели множество незабываемых трапез и выпили большое количество хорошего вина, купались и загорали, наблюдали за малиново-розовыми фламинго, похожими на предзакатные облака, сверкающими, словно опалы, пчелоедами и розовыми, как лосось, удодами. На улицах Арля мы любовались выездом gardiens Камарга (местные «ковбои»), гордо восседающих в старинных костюмах на белых лошадях вместе со своими прекрасными дамами. Позднее они окружают стадо черных быков и, выстроив, лошадей клином, похожим на наконечник стремы, гонят их галопом но улицам города в направлении арены, В это время толпа изо всех сил старается разбить наконечник стрелы, чтобы бы- ки разбежались, и если такое произойдет, то это происшествие ляжет черным пятном на репутацию gardiens. А мы прокладываем себе путь через толпу на ма- ленькую и изящную римскую арену, построенную из желтого камня, которая, когда ее заполняют зрители, становится похожей на причудливую чашу с шевелящимися в ней цветами. Затем звуки музыки из оперы «Кармен» наполняют воздух и ворота широко распахиваются. Из темного проема, откуда в давние времена на эту аре- ну, вполне возможно, выходили львы, слоны и их жертвы-христиане, появляется единственный бык — черный и блестящий, как гагат, невысокий, мускулистый, с рогами цвета слоновой кости, короткими, сильными ногами, легкими, как у бале- рины. Ворота за ним закрываются, и он остается стоять на арене — маленькое чернильное пятнышко на светлом песчаном полу, Бык оглядывался, фыркал, трусил вперед, потом останавливался, наклонял голову и начинал с ожесточением бить копытом. Вызов брошен. Бой начинается. Прежде чем негодующий читатель отбросит в сторону эту публикацию и возьмет в руки наполненное сарказмом перо, чтобы написать мне о жестокости боя быков, я спешу указать на то, что существует две разновидности корриды и в той, о которой пойдет речь, быка никогда не убивают. Напротив, у него есть отличная возможность нанести ранение, норой смертельное, своим врагам — razateurs. И я
сам был свидетелем того, как животное наслаждается боем, стоит лишь ему войти во вкус борьбы. Черные камаргские быки понимают, что им предлагают принять участие; в интересной игре, и все же их природная свирепость так велика, что они могут убить, сами того не желая. Бой организован следующим образом. Перед выходом на арену к рогам быка с помощью резиновых колец прикрепляют маленькие разноцветные султаны. Их назы- вают кокарды. Цель боя (не столько боя, сколько состязания в быстроте и лов- кости) — сорвать эти кокарды с рогов быка за отведенный промежуток времени. Бык не может находиться на арене более двадцати минут. В течение этого време- ни перед публикой появляются razateurs, группа мужчин, одетых в белые рубашки и фланелевые брюки, уместные скорее на теннисном корте. Их оружием, кроме бы- строты ног1, является только любопытное приспособление, похожее на щетку для чистки лошадей, которое привязано к их руке и зажато в ладони. С помощью это- го инструмента они пытаются сорвать кокарду с бычьих рогов. Каждая кокарда стоит определенную сумму денег. Чем дольше кокарда находится в собственности быка, тем выше поднимается ее цена. Некоторые razatleurs, имея дело с неиску- шенными или глупыми быками, откладывают снятие кокард на самый конец боя, чтобы максимально повысить их цену. Однако когда они сражаются с опытным бы- ком, такой номер не проходит и может случиться так, что по истечении двадцати минут животное сохранит свои кокарды. Тогда бой заканчивается тем, что в честь быка-победителя звучит знаменитый марш из оперы «Кармен», под звуки ко- торого его провожают с арены, сажают в грузовик и отвозят обратно, после чего выпускают пастись среди зеленых, залитых солнцем лугов и тростниковых зарос- лей Камарга. Я сам имел возможность убедиться в том, что опытные быки получа- ют удовольствие; от такой корриды, когда несколько лет назад мы снимали фильм о Course Libre , как это называют, и мне довелось в процессе съемок неодно- кратно посещать это увлекательное зрелище. Опытный бык выходит на арену и медленно обводит взглядом собравшуюся публи- ку, точно актер перед утренним спектаклем. Затем он показывает номер — «По- смотрите , какой я свирепый» — хрипит, мотает головой, роет копытами песок. Он словно бы не замечает, что одетые во все белое razateurs уже вышли на арену и теперь осторожно приближаются к нему. Тут, совершенно внезапно, с удивитель- ной скоростью и проворством бык разворачивается и, нагнув голову, бросается на противников, которые бегут перед ним, словно снежные хлопья, подхваченные порывом ветра. Добежав до деревянного барьера высотой в шесть футов, razateurs перелетают через него с большой ловкостью, совершая гигантские прыжки, способные вызвать зависть у самого Нуриева. Иногда бык, чтобы дока- зать свою свирепость, вонзает рога в толстые доски и, оторвав их от огражде- ния, разбрасывает в стороны, словно спички. Иногда переполненный энтузиазмом бык может перепрыгнуть через барьер вместе с razateurs, и тогда вы видите, как зрители первых трех рядов поспешно покидают свои места до тех пор, пока быка не загонят вновь на арену. Множество раз я был свидетелем того, как бык настолько входил во вкус, что отказывался покидать арену после сигнала, воз- вещающего о конце состязания, желая продолжить бой. В таких случаях к нему высылают вожака с колокольчиком на шее, чтобы он увел за собой упрямца. В хо- де одного незабываемого боя отправленный на арену вожак так увлекся происхо- дящими там событиями, что сам бросился преследовать razateurs вместе с быком, которого он должен был за собой заманить, и потребовалось вмешательство третьего быка, чтобы увести с арены двух драчунов. Путешествие в Камарг не может считаться полным, если вам не удалось стать свидетелем одного из таких потешных боев. Многие быки снискали себе своими выступлениями большую попу- лярность, и провансальцы следят за их карьерой с таким вниманием, словно это боксеры, борцы или футболисты, проезжая помногу миль, чтобы увидеть выход на арену особенно знаменитого быка.
Поскольку наш маленький дом все еще находился в руках водопроводчиков, ка- менщиков и плотников, мы остановились в прелестном отеле на окраине Арля, отеле с красивым тенистым садом, где можно было сидеть, потягивая прохлади- тельные напитки, и обсуждать сценарий. Всего несколько минут езды, и мы уже на территории самого Камарга. Погода была милостива к нам, что вполне обычно для юга Франции, и уверенность в том, что, проснувшись утром, вы имеете в своем распоряжении целый день непрерывного солнечного света, благотворно дей- ствовала на нервы нашего режиссера. Нашей первой задачей было посетить раз- личные укрытия, сооруженные в заповеднике, и попытаться снять места массового скопления водоплавающих птиц, которые вьют на болоте свои гнезда или останав- ливаются здесь по пути к местам родных гнездовий. Нашим проводником стал некто Боб Бриттан, невысокий худощавый человек с ли- цом озорного уличного мальчишки, обладающий неистощимым запасом познаний во всем, что связано с Камархюм, где он прожил, занимаясь исследованиями, не- сколько лет. Мы сразу же окрестили его Британникусом — прозвище, которое странным образом очень ему подходило. Эти колоссальные скопления водоплавающих и наземных птиц по-своему произво- дили ничуть не меньшее впечатление, чем все то, что мы видели на Шетландских островах. Когда сидишь в жарком укрытии, глядя на акры и акры сияющей водной поверхности и ярко-зеленых болот, усеянных бесчисленным множеством птиц, на- ходящихся в непрерывном движении, испытываешь ни с чем не сравнимые ощущения. Огромные стаи зеленоголовых селезней и рыжеголовых свиязей, опрятных зелено- глазых чирков, уток-пеганок в карнавальном наряде темно-зеленого и ярко- каштановохю цвета, красноголовых нырков заполняли водное пространство или кружились в воздухе, перелетая с одного места болота на другое. На мелководье ловили рыбу аисты. Время от времени какая-то из пар аистов поворачивалась друг к другу и, закинув назад головы, щелкала красными клювами, издавая зву- ки, похожие на треск мушкетов лилипутской армии. Белоснежные колпицы степенно расхаживали из стороны в сторону, процеживая богатый планктоном ил своими не- обычными лопатовидными клювами, напоминающими деформированные ракетки для пинг-понга. По отмели бродили фламинго, похожие на гигантские розовые лепест- ки, постоянно издавая неприятные хрюкающие звуки, плохо сочетающиеся с их красотой и элегантностью. Здесь были и желтые цапли, бледные, как карамель, с черно-голубыми клювами и ногами, порозовевшими от возбуждения брачного сезо- на. Неброско одетые выпи стояли в тростниковых зарослях, скорбные, как бан- ковские менеджеры, размышляющие над превышением кредита, соседствуя с чем-то напоминающими пиратов ночными цаплями с черными спинами и черными шапочками, белыми свисающими хохолками и красными всевидящими глазами. Рядом с ними ры- жие цапли со своими длинными, каштанового цвета шеями казались волнистыми и змееподобными, а резкие крики делали их похожими на пернатое подобие рок- группы «Uriah Heep». Затем, представляя с ними полный контраст, здесь встре- чались и другие болотные обитатели: кулики, ковыляющие в тине, словно школь- ницы, впервые вставшие на высокие каблуки; травники и улиты большие; черно- крылые ходулечники с ногами, как у очаровательных длинноногих американок, на- чинающимися от самой шеи. А вот и эталон красоты среди всех болотных птиц — шилоклювка, грациозно переступающая на иссиня-черных ногах, в черно-белом одеянии, очевидно, созданном в одном из самых дорогих парижских домов моды, с аристократически загнутым кончиком носа, который время от времени окунается в воду и перемещается из стороны в сторону, наподобие тонкого, изысканного мет- ронома. На берегах, по краям болот, возле вырытых в земле гнезд порхали щур- ки, отливающие на солнце цветом морской волны, а среди сосен, плотно прижав- шихся друг к другу, словно группы мохнатых зеленых зонтов, гнездились египет- ские цапли, подобные белым звездам на изумрудном небе. Вокруг происходило так много событий, что нам было непросто решить, с чего
именно начать наши съемки. Здесь было столько ухаживаний и флирта, столько поисков пищи, корма, столько ссор и перебранок, столько кружения птиц в усе- янных ими небесах и посадок в туче брызг на спокойные воды. Даже в самом ук- рытии наше внимание постоянно отвлекалось на то, как паук-волк с глазами, блестящими, как драгоценные камни, выслеживает муху-однодневку, или на то, как куколка превращается в бабочку. В зарослях тростника, который окаймлял наше укрытие, забивая зелеными стеблями дренажные канавы, обосновались тол- стые орнаментированные лягушки, блестевшие так, словно их покрыли эмалью, и за ними вели охоту таинственно извивающиеся змеи. На каждом из узких, копье- видных листьев тростника можно было увидеть тени древесных лягушек, просту- пающие на солнце маленькими черными печатями. Стоит осторожно перевернуть лист, и перед вами крохотный изумрудно-зеленый лягушонок, влажный и липкий, как конфетка, с большими, выразительными черными глазами. Основная трудность съемок подобного рода фильма заключается в том, что его сценарий должен быть как можно более гибким. Например, я говорил, что нам следует попытаться снять бобров, поскольку большинство людей думают, будто они обитают исключительно в Канаде, ничего не зная об их существовании в Ев- ропе. Однако съемки этого животного связаны с такими сложностями, что мы про- сто не смогли бы уложиться в отведенное время. Поэтому нам пришлось заменить бобров более доступными коипу. Коипу, разумеется, не являются исконными европейцами. Как и многие другие животные, ставшие сельскохозяйственными вредителями (взять хотя бы норку), коипу была вывезена из великой южноамериканской речной системы для разведения в неволе ради своего красивого меха, который продавался под названием нутрия. Как всегда происходит в таких случаях, несколько особей сбежали и, найдя, что реки Англии и континента приходятся им по вкусу, обосновались здесь, начав быстро размножаться. Они, в самом деле, почувствовали себя, как в раю, по- скольку в этих местах у коипу не оказалось естественных врагов, способных ре- гулировать их популяцию. А поскольку коипу достаточно крупные животные (вес взрослого самца может достигать двадцати семи фунтов), которые роют просто- рные норы в берегах рек и каналов, они стали серьезной угрозой для сельскохо- зяйственных угодий, вызывая эрозию почвы и паводки. Коипу. Когда, чтобы снять коипу, мы отправились в небольшое путешествие по системе небольших каналов в Камарге, мы обнаружили, что это интересные и достаточно
симпатичные создания. Каналы прорыты в низинах, их ширина редко достигает тридцати футов, а глубина всего два-три фута. Течение здесь медленное, вода хорошо прогревается солнцем, а берега изобилуют сочной зеленой растительно- стью, образуя идеальное место обитания для этих гигантских грызунов. По бере- гам каналов росли тамарисковые деревья с неопрятными париками из бледных грязно-розовых цветков, а местами скопления желтых ирисов, напоминающие изда- ли огромные кружки сливочного масла, являли собой великолепие красок. Мимо нас на бреющем полете проносились ласточки, собирая богатый урожай насекомых над клеверными лугами, пестреющими маргаритками. Огромные бабочки-парусники в черно-желтую тигровую полоску порхали, словно сказочные цветы, над зарослями тростника и цветущими берегами в лучах жаркого солнца. Мы поняли, что уже по- пали в царство коипу, по их помету, который в большом количестве плавал в медленно текущей воде каналов и усеивал берега. Этот помет отличается весьма необычным внешним видом — каждый его фрагмент имеет длину около двух с поло- виной дюймов, формой и цветом напоминая короткие, тупые на концах сигары, рифленые по всей длине, слово надкрылья некоторых жуков. По пути нам часто приходилось перебираться через каналы, пользуясь прими- тивными мостами, которые по большей части представляли собой кучи гнилых бре- вен или досок, небрежно переброшенных через воду, и все они были весьма нена- дежными. Поэтому нам приходилось выстраивать живые цепочки, чтобы без особого риска переправить на другой берег наши бесценные камеры и звукозаписывающую аппаратуру. Все это сопровождалось немалым шумом, хотя мы искренне старались вести себя как можно тише. Однако, прибыв к месту назначения, мы обнаружили, что все коипу, конечно же, скрылись, заслышав наше приближение. — Черт бы их побрал, — выругался Джонатан. — И что же нам теперь делать? — Ждать, — коротко ответил я. — Но мы потеряем лучшее время для съемок, — пожаловался Джонатан. — Ты снимаешь диких животных, мой милый мальчик, — объяснил я ему уже не в первый раз, — а не кинозвезд. Животные не стремятся попасть на экран. — А как же Лэсси и Рин-Тин-Тин? — парировал он. — Голливудские выкормыши, — ответил я. — Тебе остается лишь укреплять свою душу терпением. Лучше посмотри на эти весьма необычайные испражнения. — Я не могу посвятить всю получасовую серию испражнениям коипу, — возразил Джонатан, вынужден признать, вполне резонно. — Терпение, — утешал его я. — Они вернутся. Но я ошибся. Они не вернулись, и после нескольких часов бесплодных ожида- ний, в течение которых я пытался успокоить Джонатана, читая ему стихи и лиме- рики и рассказывая про схожие осечки в моей жизни при съемке животных, что, по всей видимости, не оказало на него успокаивающего воздействия, мы решили последовать совету Британникуса и вернуться сюда вечером, когда коипу выбе- рутся из своих нор, чтобы поужинать — по крайней мере, он пытался нас в этом убедить. Приняв такое решение, мы отправились снимать птиц и вернулись назад лишь к вечеру. Уже познакомившись с тропами и переправами, мы продвигались вперед быстрее, поднимая меньше шума, и достаточно скоро укрылись под сенью тамари- сков, которые росли очень густо, образуя прекрасное укрытие. Было принято ре- шение, что, если коипу появятся, мы сначала проводим все необходимые съемки из засады, после чего я и Ли попробуем подойти к ним как можно ближе, по- скольку Джонатан горел желанием снять сцену, где герой находился бы с живот- ным в одном кадре. — Я сыт по горло фильмами о животных, в которых герой долго пялится в би- нокль, пробирается через кусты, а в следующем кадре пингвин исполняет шот- ландскую пляску, — сообщал он мне хриплым шепотом, — и при этом все прекрасно понимают, что герой, скорее всего, никогда раньше не видел пингвина.
— Он был бы необычайно везучим актером, если бы сумел застать пингвина за таким занятием, — рассудительно заметил я, — но я понимаю, что ты хочешь ска- зать . — Я хочу сказать... — начал Джонатан, но Ли зашикала на него. — Мне кажется, я вижу, как вон там, в воде, плывет что-то черное, — сказала она, показывая рукой. — Вероятно, очередной фрагмент испражнений, — мрачно произнес Джонатан. Мы с надеждой посмотрели на канал и увидели, как тупая усатая морда с не- обычайно крупными желтыми зубами показалась над водой и начала медленно дви- гаться вдоль поверхности, оставляя за собой v-образный волнистый след. Мы принялись отчаянно жестикулировать, чтобы привлечь внимание Криса, располо- жившегося в некотором отдалении, но он сам заметил животное и уже был занят съемкой. Голова коипу достигла берега, и дородное животное с трудом выбралось на су- шу, продемонстрировав нам свое несоразмерное по пропорциям тело, похожее на жирный, обтянутый мехом воздушный шар. У него были большие плоские лапы и длинный крысиный хвост, покрытый толстой чешуей. Коипу уселся на толстый зад и подозрительно принюхался; его передние лапы сжались в смехотворные кулачки, а огромные желтые зубы выступали вперед, из-за чего казалось, будто он над кем-то насмехается. Казалось, стоит добавить монокль и «галстук старой шко- лы», и тогда он сразу же станет живым воплощением образа среднего англичанина в представлении среднего американца. Убедившись в отсутствии опасности, он начал обстоятельно чиститься, используя передние лапы. У коипу имеются две сальные железы, расположенные в углах рта и возле анального отверстия. Мех состоит из грубых, жестких остей и тонкого, нежного подшерстка. Когда мех нутрии выделывается в коммерческих целях, верхний грубый слой меха удаляется и остается только мягкий подшерсток. Нас позабавило то, с каким усердием жи- вотное чистило, расчесывало и смазывало свою шерстку, проявляя большую тща- тельность и глубокую сосредоточенность. Пока это происходило, еще несколько голов показались над водой, и вот уже другие животные разного возраста и раз- мера, от юных отроков до солидных тучных матрон, начали выбираться на берег. Вскоре уже с полдюжины коипу сидели на берегу, приводя себя в порядок, в то время как другие плавали и ныряли в канале. Закончив со своим туалетом, они отправились бродить вдоль берега, пощипывая сочную траву. Эти симпатичные добродушные создания могли бы стать украшением любой местности, если бы толь- ко не их ужасная манера подрывать каждый берег, возле которого они появляют- ся, с эффективностью инженерного корпуса. Наконец Крис дал нам понять, что он отснял все необходимые кадры, и, поль- зуясь языком жестов, предложил нам с Ли приблизиться к резвящимся коипу, что- бы снять задуманную Джонатаном сцену. Вечер был таким тихим, что нам не при- ходилось беспокоиться о направлении ветра. Нам следовало позаботиться лишь о том, чтобы наши головы не появлялись на фоне еще освещенного горизонта. Со- гнувшись пополам, словно пара индейцев-следопытов, я с Ли начал осторожно пробираться вдоль канала. Мы приблизились к тамариску со свисающей сломанной ветвью, который использовали в качестве ориентира. Теперь мы находились точно напротив компании коипу. Очень медленно, дюйм за дюймом, делая частые паузы, мы начали выпрямляться. И, наконец, стояли, выпрямившись во весь рост, и при- мерно в двадцати пяти футах от нас находились коипу. Коипу, по всей видимости, не замечали нашего присутствия, продолжая приче- сываться и купаться. Мы начали медленно продвигаться вперед. Это напоминало детскую игру «замри», где все приближаются к человеку, стоящему к вам спиной, и когда он внезапно оборачивается, все должны замереть на месте. Одно легкое движение, и вы становитесь водящим. Играя с коипу в «замри», мы с Ли сумели подобраться к ним достаточно близко, и Крису удалось снять нас в одном кадре
с животными. Мы стояли, застыв на месте, когда самец, появившийся первым, не- ожиданно повернулся и уставился прямо на нас — его ноздри раздувались, усы торчали в стороны, оранжевые зубы были нацелены на нас, как ятаганы. Посколь- ку мы сохраняли полную неподвижность, было непонятно, что встревожило живот- ное, если только легкий ветерок, задувший не с той стороны, не донес до него наш запах. Как бы то ни было, внезапно упав на все четыре лапы, он целена- правленно бросился вниз по берегу и вошел в воду, подняв на удивление мало брызг для такого крупного животного. В следующее мгновение паника охватила остальных коипу, и, галопом бросившись к каналу, они взмутили в нем воду. Позднее, тем же вечером, в зеленых сумерках, когда мы сидели за бутылочкой вина под сенью платанов в саду отеля, Джонатан, удовлетворенный удачными съемками, с некоторым самодовольством произнес: — Сегодня мы потрудились на славу. Теперь нам осталось лишь разобраться со свиньями и быками. Кстати, как там насчет Свинарки? — Она будет здесь завтра на закате, — ответил Британникус. — На вашем месте я прихватил бы с собой побольше репеллента от москитов. — О боже, только не москиты, — взмолился Брайан, закатывая глаза. — Вы же знаете, как они меня любят. — Думаю, здесь самая большая их концентрация в Европе, — зловещим тоном произнес Британникус. Брайан застонал. — Не понимаю, почему все поднимают такой шум из-за нескольких москитов, — небрежно бросил Джонатан. — Меня они никогда не беспокоили. — Мне кажется, ни один уважающий себя москит не захочет тебя укусить, — ра- зумно заметил Крис, проявляя обычные любовь и уважение оператора к режиссеру. — А кто такая Свинарка? — вмешалась Пола, которая, отдав накануне должное великолепным блюдам и винам La Belle France и не имея такого же луженого же- лудка, как у всех остальных, благоразумно решила провести весь день в постели и поэтому была не в курсе последних событий. — Свинарка, — с удовольствием пояснил Джонатан, — молодая студентка-зоолог, изучающая диких кабанов Камарга. Она отлавливает их, одевает на шеи ошейники с радиопередатчиками, а потом носится за ними в своем фургоне, отслеживая их передвижения. Это мы и будем снимать. — А она не может работать днем, когда нет москитов? — с надеждой спросил Брайан. — Насколько мне известно, днем свиньи двигаются мало, — сказал Джонатан. — Верно, Британникус? — Да, — подтвердил Британникус. — Susscrofa кормится преимущественно но- чью, особенно в тех местах, где на них разрешено охотиться днем. А сейчас на них в действительности объявлена настоящая охота. — Бедные животные, — возмутилась Ли. — Почему их так жестоко преследуют? — Ну, если подумать о том, какой ущерб они могут нанести посевам, подрывая корни растений, и учесть тот факт, что за год, при изобилии корма, они спо- собны дать два помета, каждый до шести поросят, то можно понять фермеров, ре- шивших держать численность животных под контролем, — пояснил Британникус. — Не следует забывать и о том, что мясо дикого кабана считается деликате- сом, — добавил я. — Совершенно верно, — с улыбкой сказал Британникус. — Я уверен, что в неко- торых частях Камарга наносимый кабанами ущерб сильно преувеличивается, чтобы оправдать охоту на них. Поздним вечером мы поехали на встречу со Свинаркой. Прямые, как линейки, грунтовые дороги, белые от соляной корки, бежали между полями розовато- лиловой лаванды, издали похожими на бледный дымок, стелющийся в двух футах над землей. Здесь и там по полям были разбросаны островки диких олив — невы- соких деревьев с густой серебристо-зеленой кроной. Кроны молодых деревьев бы-
ли такими плотными и кудрявыми, что казалось, будто кто-то практиковал на них новомодную стрижку. Через несколько миль оливковые заросли стали заметно гу- ще, и, наконец, мы прибыли на перекресток, сверкающий белым посреди огромной чащи. Голубое небо имело легкий золотистый оттенок, и несколько бледных обла- ков, похожих на маленькие перышки, неподвижно висели над западным горизонтом, постепенно меняя свой цвет с белого на золотой, а затем на розовый. Мы оста- новили машины и стали поджидать Свинарку. Вскоре появилась и она в подпрыги- вающем на ухабистой грунтовой дороге маленьком, разбитом фургончике с торча- щей из крыши длинной антенной, которая изгибалась и дрожала, словно удилище с бьющимся на конце марлинем. Заглушив мотор, она вышла из машины и направилась к нам. Не знаю почему, но прозвище Свинарка вызывало в моем воображении смут- ный образ из романов ужасов хрюкающей полуженщины-полусвиньи с огромными клы- ками, торчащими по краям свиного рыла, с которого стекает слюна, и, конечно же, обладающей какой-то малоприятной привычкой вроде поедания собственных де- тенышей. Поэтому я испытал некоторое облегчение, когда меня представили стройной, приятной молодой женщине, не наделенной ни одним из малопривлека- тельных атрибутов представителей семейства Suidae. Девушку звали Мариза, и она рассматривала нас ясными смеющимися глазами, пока Джонатан объяснял, что мы от нее хотим. Вероятно, мы показались ей немного чокнутыми, но, тем не ме- нее, она с радостью согласилась помочь эксцентричным anglais. Первым делом, поскольку солнце уже садилось, Джонатан попросил ее поездить в своем фургон- чике с раскачивающейся антенной среди оливковых рощ, так, как она это делала бы, выслеживая кабанов после наступления темноты. Эти кадры требовалось снять до захода солнца, с тем чтобы после обработки пленки в лаборатории все выгля- дело так, как если бы съемки велись ночью. Она послушно выполнила его прось- бу , и, когда мы закончили, было почти темно. С наступлением темноты, словно повинуясь какому-то сигналу, из окрестных зарослей поднялись москиты и окружили нас плотной стеной. Я всегда утверждал, что ни одно место на Земле не может сравниться по количеству москитов с одной парагвайской долиной неподалеку от местечка Матто-Гроссо. Но после нашей по- ездки в Камарг я уже сомневаюсь в том, что безоговорочно отдам Парагваю пер- вый приз. Куда бы вы ни направили электрический фонарик, все, что вы видели перед собой, это плотная, танцующая, почти непрозрачная завеса москитов. Если вы не хотели набрать полные легкие москитов, дышать следовало только носом. Наши руки, лица и шеи стали черными от них. Они кусали нас в голову, проникая через волосы, и вгрызались во все остальные части наших тел сквозь тонкую летнюю одежду. Через несколько секунд Брайан уже вертелся, как дервиш, хлопая себя по всем местам и издавая громкие стоны. Хотя он был насквозь пропитан так называемым противомоскитным репеллентом, это не приносило ему облегчения. По всей видимости, москиты Камарга считали резко пахнущий репеллент чем-то вроде аперитива перед основным кровавым блюдом. Мы с Ли понимали, что с нашей стороны было бы неразумно хвастаться тем, что москиты нас совсем не беспоко- ят, поскольку это могло стоить нам жизни. Разумеется, они досаждали нам тем, что лезли в глаза и в нос, но благодаря двум годам, проведенным Ли на Мадага- скаре, и моим странствиям по всему миру мы с ней приобрели шкуры как у носо- рогов , и укусы почти никогда не чесались. Но нельзя говорить такое истинному страдальцу без риска подвергнуться скорой расправе. Пока остальные члены нашей группы под аккомпанемент шлепков и громких про- клятий устанавливали освещение для съемки следующей сцены, мы с Ли устроились в задней части маленького фургончика Маризы, разделяя его приблизительно с двумя миллионами москитов, и слушали ее рассказ о своих исследованиях. В прежние времена, если вы хотели узнать, как ведут себя дикие животные в есте- ственных условиях, вам приходилось полагаться лишь на зоркость глаз и свои способности следопыта. Теперь, с появлением методов радиослежения, весь этот
процесс стал более эффективным и точным. На животное надевают небольшой ошей- ник со встроенным передатчиком, посылающим непрерывный радиосигнал. Этот сиг- нал улавливается специальным прибором, который по своей сути представляет со- бой радар, и выводится на маленький экран. Совмещая сигналы на экране с кар- той местности, вы можете следить за перемещениями изучаемых животных, не бес- покоя их и сохраняя безопасную дистанцию. Было заметно, что Мариза испытывает сильную привязанность к своим диким кабанам, и она рассказывала о них с боль- шим энтузиазмом, не обращая внимания на москитов. Известно ли нам, насколько разнообразен их рацион? Хотя основная часть пищи кабанов является вегетариан- ской — желуди, плоды бука, травы и различные растения, — они готовы полако- миться и многими другими блюдами, такими, как падаль, гнездящиеся в траве птицы, их яйца и птенцы, ящерицы и змеи, насекомые, крабы, и известно даже, что они способны ловить мышей. Во время брачного сезона, продолжала Мариза, матерые секачи устраивают между собой жестокие поединки, нанося друг другу серьезные раны острыми как бритва клыками. Обычно они наносят удары по пле- чам, и, чтобы защитить себя от клыков соперника, каждый кабан в этот период отращивает себе на плечах толстые пластины из мяса, подобно тому, как средне- вековые рыцари надевали перед битвой стальные доспехи. Когда самка кабана го- това опороситься, она покидает остальных членов стада и, отыскав в густых за- рослях тихое место, строит уютное гнездо, порою даже накрывая его крышей, где и производит на свет своих поросят. Центрально-европейский кабан. Тем временем были установлены софиты, осветившие внутреннее пространство наводненного москитами фургончика, вместе с оборудованием Маризы, и мы приго- товились снимать ее в процессе работы. Она приготовила свои карты, включила маленький экран радара, а затем начала медленно поворачивать удилище антенны на крыше. Вскоре на экране появился сигнал — маленькая зеленая точка; затем еще одна, и еще, и вот уже скоро их было целое маленькое созвездие. Возникало удивительное ощущение при мысли о том, что мы, сидя в фургончике на расстоя- нии, вероятно, целой мили от кабанов, имеем возможность следить за передвиже- ниями этих скрытных и осторожных животных и при этом они ничего не знают о ведущейся за ними слежке. Наконец, полностью искусанные, но счастливые, мы поблагодарили Маризу за помощь и, оставив ее продолжать работу, отправились
обратно в отель, предварительно договорившись встретиться наутро, чтобы вме- сте посетить расставленные ею ловушки. Когда, проехав по белым прямым дорогам, мы оказались в темных, таинственных зарослях олив, небо на востоке только начало светлеть, приобретая бледно- желтый оттенок. Вокруг раздавалось пение птиц, и стая диких уток, летящих на завтрак в глубь болот, выделялась темным пятном на фоне светлеющего неба. Вскоре мы остановились, вышли из машин и прошли пешком несколько сотен ярдов до поляны, где Мариза поставила свою ловушку — огромный ящик из дерева, про- волоки и стали, начиненный самыми различными деликатесами. Было очень важно проверить ловушки на рассвете, поскольку если попавшиеся кабаны останутся там после восхода солнца, вы рискуете потерять их из-за солнечного удара. Всегда интересно посещать ловушки, проверяя, были ли вознаграждены ваши усилия. Я устанавливал ловушки по всему свету, но до сих пор испытываю радостное возбу- ждение, когда рано утром направляюсь к ловушке, гадая по пути, кто в нее по- пался и попался ли вообще. На сей раз мы были вознаграждены сполна, поскольку в ловушку попались шестеро маленьких кабанчиков, каждый размером с терьера, с рыжеватой шкурой и следами младенческих полосок на спинках. К восторгу Мари- зы, на одном из них был ее радиофицированный ошейник. Вероятно, он привел своих братьев и сестер к той же самой ловушке, в которую сам когда-то попал. Наше приближение, по всей видимости, вызвало у малышей легкую панику, и, сбившись в кучу, они начали топать ногами, хрюкать и визжать. Мариза и ее ко- манда помощников работали очень быстро. Операцию требовалось провести как можно быстрее, чтобы поросята не испытали слишком сильный стресс. Малышей по очереди загоняли из основной ловушки в некое подобие длинного мешка с широким раструбом, из которого его или ее, под душераздирающий визг, осторожно извле- кали и надевали радиофицированный ошейник; затем поросенка освобождали, и че- рез мгновение он уже мчался по лесу малкой рысью, загнув над спиной хвостик негодующим вопросительным знаком, не ведая о том, что уносит с собой устрой- ство , которое даст нам доступ в его личную жизнь. Я чувствовал, что мы посту- паем не совсем честно. Это все равно как если бы местное полицейское отделе- ние установило жучки в вашей спальне. Однако если мы хотим принимать адекват- ные меры для охраны природы, то должны знать, как она живет и в чем нуждает- ся, и это всего лишь один из способов обрести такие знания. На следующее утро, дожевывая рогалик, Джонатан ликующе и невнятно заявил: — Я договорился насчет быков. — Хорошо, — рассеянно произнес я. — Каких быков? — Ну, помнишь, ты говорил, что нельзя показывать Камарг, не показывая бы- ков, вот я и достал нескольких. — Но в это время года здесь не проводятся бои быков, — заметил я. — Я не имел в виду бой быков, — сказал Джонатан. — Я просто хотел сказать, что мы их немного погоняем. — Это твое королевское «мы», — осторожно поинтересовался я, — включает меня и Ли? — Конечно же, — произнес Джонатан тоном взрослого, обещающего ребенку уго- щение . — Вы отправитесь на болота, соберете стадо быков и прогоните их перед камерой. — Что значит «прогоните их перед камерой»? — спросил я. — Это же быки, а не дойные коровы. — Все будет в порядке, вы поскачете верхом, — сказал Джонатан. — Ой, как интересно, — обрадовалась Ли. — Здесь нет ничего интересного, — заверил я ее. — Я не сидел на лошади лет тридцать, а мне предлагают скакать галопом, сгоняя стадо боевых быков. — Все будет в порядке, — повторил Джонатан. — Это же проще, чем... — Не надо, — прервал я его. — Помнится, ты уже использовал эту метафору при
описании утеса на острове Анст, и то, что мне довелось там пережить, оказа- лось значительно сложнее, чем упасть с бревна. — Они могут дать нам старых лошадей, — с надеждой предложила Ли. — Что касается меня, то я готов сесть лишь на клячу, давно созревшую для живодерни, — заявил я. — Никаких проблем, — успокоил меня Джонатан. — Они обещали подобрать самых смирных лошадей. — Ты никогда не обошелся бы так с героем, если бы Пола не была прикована к постели, — сказал я. — Она знает, как баловать звезд. Выбранные для нас лошади оказались массивными, послушными животными, гото- выми исполнять все наши команды, а седла, сделанные по американскому образцу, были удобными, мягкими, как кресла, и с них было так же сложно упасть. Камеры были установлены по краю болота, среди зарослей тамариска; после чего в со- провождении десятка похожих на цыган gardiens мы отправились на поиски быков. Когда вы занимаетесь этим регулярно, поездка верхом — одно из лучших средств передвижения для натуралиста. Вы можете ехать так быстро или так мед- ленно , как захотите. Вы можете остановиться и вести наблюдения не слезая с седла, и еще ваш верный конь способен доставить вас в места, недоступные для любого другого вида транспорта. Кроме того, вы получаете дополнительное пре- имущество — в целом дикие животные видят во всаднике меньшую угрозу, чем в человеке на двух ногах. Итак, мы тронулись в путь. Солнце пекло нам спину, над головой, между розо- во-зелеными ветвями тамарисков, синело безоблачное небо, а копыта наших лоша- дей уходили на шесть дюймов в прозрачную воду, из которой поднимались сочная трава и тростник. Там и тут нам попадались отливающие на солнце золотом ярко- желтые ирисы. Когда мы углубились в болото, вода стала немного глубже, и каж- дый раз, когда копыта лошадей ударялись о воду, они поднимали в воздух фонта- ны брызг, и капельки, попадая в солнечные лучи, превращались на мгновение в миниатюрные, переливающиеся всеми цветами радуги планеты. Блестящие лягушки скользили под водой, удирая от чудовищных лошадиных копыт, а мимо нас проно- сились огромные голубые и ярко-красные стрекозы. Стайки более изящных стрекоз — красоток бледно-голубого и переливчато-синего цвета вспархивали с ирисов при нашем приближении. Однажды, блестя на солнце крыльями, мимо нас с гудени- ем промчалась гигантская алая стрекоза, сжимающая в челюстях ярко-голубую красотку. Вокруг нас опаловые щурки и черные ласточки ловили на лету мириады насекомых, а вдалеке цапли, выпи, белые цапли и кваквы охотились среди тама- рисков на лягушек и мелкую рыбешку. Внезапно мы увидели впереди быков. Стадо примерно из ста животных паслось под кронами деревьев, похожее на черный опасный риф среди безобидной зелени болота. Gardiens попросили нас отъехать в сторону, а затем, развернувшись в цепочку, свистя и подбадривая друг друга, окружили фыркающих, недоверчивых животных. Постепенно им удалось сдвинуть быков с места и прогнать их мимо нас, после чего мы пристроились позади стада и погнали его вперед. Поначалу быки двигались медленно, но затем, погоняемые gardiens , они перешли на рысь, а еще через некоторое время сплошная черная масса быков с блестящими на солн- це рогами уже мчалась галопом, вспенивая воду, и мы скакали следом за ними, стараясь не отстать. Испытываешь поистине пьянящее чувство, когда видишь, как перед тобой, сотрясая землю и вздымая волны, несется большое стадо, а мы пре- следуем его верхом, крича и посвистывая, будто настоящие gardiens И тут, совершенно неожиданно, все это перестало вызывать у нас веселье. Быки добежали до достаточно густых зарослей тамариска и по какой-то причи- не, понятной только им самим, решили, что за деревьями притаилась неведомая опасность. Все стадо резко остановилось и, повернувшись как одно животное, с громким топотом бросилось на нас. Минуту назад мы весело гнали быков, но вот
картина внезапно изменилась, и теперь уже мы во весь опор удираем от них. Ог- ромная масса страшных черных мускулов, увенчанная лесом острых загнутых ро- гов, мчалась следом за нами. Нам пришлось пережить крайне неприятные пять ми- нут, наполненные суматохой и замешательством, прежде чем gardiens удалось ос- тановить напуганное стадо. Они позволили быкам несколько минут пощипать тра- ву, чтобы восстановить душевное равновесие (в чем мы нуждались ничуть не меньше), после чего, уже менее напористо, мы погнали их к камерам. Тут наступил долгожданный момент, когда я смог вернуть свой долг Джонатану. Камера, возле которой расположился Джонатан вместе с оператором, находилась в сотне ярдов от нас, среди редких зарослей молодых тамарисков. Быков снова ох- ватил страх. На этот раз они решили, что опасность находится где-то позади, и, перейдя на галоп, помчались по направлению к камерам. Наш замысел заклю- чался в том, что мы не спеша прогоним быков мимо камер, которые будут вести съемку, и вот теперь, прежде чем gardiens успели сделать что-то осмысленное, огромный поток охваченных паникой быков, похожий на сплошную черную лавину, расщепляя и сметая с пути достаточно большие тамарисковые деревья, поглотил Джонатана вместе с оператором. К счастью, быки были слишком напуганы, чтобы обращать внимание на Джонатана или Криса, и, обогнув их с обеих сторон, они промчались мимо, прихватив с собой большую часть тамарисковой рощи. Я подъехал к тому месту, где в состоянии глубокого шока замерли Джонатан и Крис. — Эй, Харрис, — радостно воскликнул я. — Правда было весело? — Весело? — хрипло произнес Джонатан. — Я уже думал, что нам конец. За всю свою жизнь я не испытывал такого страха. — Какие глупости, — беспечно бросил я. — Подумаешь, всего лишь несколько быков. — Несколько быков? — негодующе повторил Джонатан. — Да их было несколько сотен! Они вполне могли нас затоптать. — Не понимаю, из-за чего ты так сильно переживаешь, — сказал я. — Ведь все произошло именно так, как ты сказал. — что ТЬ1 имеешь в виду? — подозрительно спросил Джонатан, нахмурив брови. — Ну, ты говорил, что это будет проще, чем с бревна упасть, — ответил я вкрадчивым тоном. — Так все и произошло. Харрис посмотрел на меня так, как смотрят режиссеры на героев, когда они отбиваются от рук; такой взгляд сделал знаменитым покойного Бориса Карлоффа. Серия третья Даже несмотря на то, что в Камарге порой бывает очень жарко, а животный мир его болот поражает своим разнообразием, он все равно даже близко не может сравниться с настоящими тропиками по богатству как растительной, так и живот- ной жизни, и именно это богатство мы хотели показать. Северная и южная части Американского континента сужаются посередине, словно песочные часы, в районе Панамского перешейка, и через эту узкую полоску земли тропические леса Брази- лии проникают из южной части континента в Эквадор, Гондурас и Мексику, а за- тем, по мере продвижения к северу, постепенно сходят на нет в более умеренном климате Соединенных Штатов. Панама — фантастическая страна, настоящий рай для натуралиста, поскольку утром здесь можно исследовать неописуемые богатства многоярусного дождевого леса, а после полудня плавать в океане, любуясь живописными красками кишащего жизнью кораллового рифа. Именно по этой причине мы и выбрали Панаму — худо- сочный бюджет не позволял нам шляться по всему свету, а в этой маленькой стране у нас под рукой были сразу лес и море. Мы хотели показать в своем
фильме, как много общего есть в структуре кораллового рифа и тропического ле- са, поскольку если вы замените кораллы и водоросли на деревья, а рыб, ракооб- разных и других морских обитателей на птиц, млекопитающих и рептилий, то бу- дете удивлены тем, насколько схожи эти две экосистемы. С нашей точки зрения, у Панамы было еще одно важное преимущество: после строительства канала и неизбежного затопления части суши появился остров под названием Барро—Колорадо, где уже много лет находилась тропическая исследова- тельская станция Смитсоновского института. Этому же институту принадлежала и станция по исследованию коралловых рифов, расположенная на островах Сан-Блас, лежащих в Карибском море, примерно в часе лета от столицы Панамы. Стоит груп- пе ученых обосноваться в каком-то месте на достаточно продолжительное время, и можете быть уверены — они изучат каждый листик на каждом дереве, и такие подробные знания, при ограниченности времени, имели огромную ценность для производства нашего фильма. Мы с Ли прибыли в Панаму, страдая от нарушения суточного ритма после долго- го перелета через Атлантику, а затем из Нью-Йорка в Панаму. Но никакая уста- лость не могла приуменьшить нашу радость от того, что мы вновь находимся в тропиках, видим узкохвостых дроздов, черных и торжественных, как работники похоронного бюро, важно расхаживающих по недостроенному многоэтажному дому напротив окон нашей спальни, видим нарядных колибри и бабочек величиной с ла- донь , порхающих в саду отеля, и, самое главное, вдыхаем влажный, ароматный, горячий воздух, напоминающий запах сливового пирога из открытой духовки, ко- торый говорит вам о том, что вы снова находитесь в богатейшей области земной поверхности — тропиках. На следующий день, когда мы немного пришли в себя, у нас состоялось деловое совещание с Полой и Эластером. Эластер отличался весьма любопытной манерой общения с представителями собственного вида. Она была настолько необычной, что даже я, несмотря на весь свой опыт общения с людьми в самых глухих угол- ках земного шара, был вынужден использовать Полу в качестве переводчика. Ко- гда Эластер говорил, он небрежно бросал вам половину предложения, еще хуже, две половины предложения, не имеющие между собой никакой видимой связи, и вы были вынуждены сами дополнять их пропущенными словами, чтобы проникнуть в смысл сказанного. Это примерно то же самое, что пытаться разгадать кроссворд в «Тайме» без ключевых слов. На сей раз, одарив нас лучезарной улыбкой, он произнес: — Акклиматизировались? Хорошо. Я думаю, вы знаете, сначала Сан-Блар. Рифы похожи или, скорее на леса, рыбы все равно как птицы без крыльев. Вы так не считаете? Поэтому острова красиво... поскольку вы не... увидим, когда туда добе- ремся. Потом мы знаем, что, ну, Барро-Колорадо, да? Я сделал большой глоток из своего стакана. Прошло уже несколько месяцев с тех пор, как я работал с Эластером, и милостивое время уже успело залечить некоторые раны, нанесенные попытками общения с ним на Маврикии. С мольбой в глазах я посмотрел на Полу. — Милый, Эластер хочет сказать следующее, — произнесла она успокаивающим тоном. — Если мы собираемся сравнивать лес с коралловым рифом, то, учитывая сложности, связанные с подводными съемками, он предлагает сначала отправиться на острова Сан-Блас. Согласен? — Согласен, — ответил я. — У меня нет никаких возражений. — Ну и хорошо. Тогда мы вылетаем туда завтра. Это подходит вам, ребята? — Конечно, — ответила Ли и тут же совершила ошибку, попытавшись вытянуть дополнительную информацию из нашего режиссера. — А как выглядят острова Сан- Блас? — Покрыты вы знаете красивые штуки, пальмы, эти острова гм, многие из них индейцы, правительство не может контролировать женщины золото в носу, и так
далее. Риф очень большой, — рассказывал Эластер, возбужденно размахивая рука- ми . — Вам понравится уверен Конрад. — А у тебя нет путеводителя? — с надеждой спросила Ли у Полы. При всем сво- ем энтузиазме Эластер вряд ли мох1 служить хорошим гидом. Мне часто приходило в голову, что если бы марсиане прилетели на Землю, то для них было бы большой удачей встретить добрейшего, необычайно великодушного, но и крайне невразуми- тельного Эластера в качестве первого представителя человеческой расы. И вот следующим утром мы собрались на маленьком аэродроме, расположенном на окраине города. На съемках этой серии нашим оператором был Роже Морид, высо- кий красивый француз, внешностью и голосом напоминавший покойного Мориса Ше- валье . Он обладал неистощимым запасом забавных историй и был тонким ценителем женщин. После того как мы забросили весь широкий ассортимент нашего оборудования в самолет, рассчитанный на двенадцать человек, и заняли свои места, к нам при- соединились еще несколько коренастых, кофейно-коричневых, приятно выглядящих индейцев с монголоидными чертами лица. На мужчинах были простые рубашки, брю- ки и шляпы с обвисшими полями, но женщины носили яркие разноцветные юбки, платки и блузки, оживленные красивой вышивкой. У одной пожилой дамы на груди был вышит большой, ярко расцвеченный тукан; у другой на блузке две огромные красные рыбы лучезарно улыбались друг другу на фоне ультрамаринового моря; а грудь третьей украшала вдохновенная сцена, на которой несколько маленьких черных рыбаков в каноэ пытались при помощи хлипких, неэффективных удочек пой- мать рыб размером с кашалота. Все дамы, яркие и пестрые, как попугаи в своем брачном наряде, имели в качестве дополнительного украшения золотые кольца размером с обручальные, вставленные в центр носа, а на их щеки нанесен тол- стый слой цикламеново-розовых румян. Это были жительницы островов Сан-Блас, и они выглядели просто великолепно. Пока полет проходил над центром Панамы, нас немного трясло, но вскоре мы достигли Карибского побережья и полетели над голубым прозрачным морем с рифа- ми , похожими на странных морских змей, застывших в голубом янтаре. Повсюду были разбросаны сотни и сотни островов Сан-Блас, каждый такой маленький и со- вершенный, с обручальным кольцом коралловых рифов вокруг белых пляжей и лох- матыми париками пальм, что они походили на макеты островов южных морей в вит- рине магазина игрушек. Наконец, к моему ужасу, пилот начал опускаться все ни- же и ниже, направляясь к островку микроскопических размеров, и мне казалось, что пытаться совершить на нем посадку можно лишь в случае крайней необходимо- сти. Вскоре мы уже почти касались поверхности воды, и бедняга Эластер, кото- рый не любил маленькие самолеты еще больше, чем я высоту, судя по своему внешнему виду, уже был готов к самому худшему. Но в тот момент, когда мы ду- мали, что аварийной посадки на воду нам не миновать, самолет пролетел над бе- лоснежным пляжем, за которым сразу же началась взлетно-посадочная полоса. Мы нырнули вниз серией вибрирующих скачков, и коснувшись полосы, самолет сразу же завизжал тормозами. Когда мы, наконец, остановились, нам стало ясно, чем объясняется такой жесткий метод посадки. Взлетная полоса в точности соответ- ствовала острову, или, можно сказать, остров соответствовал взлетной полосе, не оставляя места для ошибки. Если вы не совершите посадку с абсолютной точ- ностью, то, приземлившись в одном конце полосы, рискуете свалиться в море на другом, и я думаю, Эластер оказался не единственным, кто был рад поскорее по- кинуть самолет. Нам пришлось прождать некоторое время после того, как наш самолет призем- лился, и гору нашего багажа, плавившегося на солнце, облепили коричневые и зеленые кузнечики, очевидно, нашедшие его необычайно соблазнительным. Всех наших попутчиков встретили каноэ, и теперь они уже были маленькими точками на сверкающей поверхности моря, направляюсь к многочисленным островкам, разбро-
санным вдоль горизонта. Вскоре показалось большое, низко сидящее каноэ, и ко- гда оно причалило к берегу, из него вышел коренастый маленький человек с кри- выми ногами, до того похожий на тибетца, что можно было подумать, он прибыл прямо из Лхасы. Как оказалось, его звали Исраил и он был владельцем отеля, в котором мы собирались остановиться. Мелкое море было горячим, как кровь, и прозрачным, как джин, с маленькими стайками разноцветных рыбешек, дрожащих и колышущихся над песчаным дном. Мы отошли от берега и поплыли на веслах по спокойной воде к небольшому острову площадью не более четырех-пяти акров, густо усеянному пальмами. Мы обогнули остров, а затем направились к маленькому бетонному причалу напротив отеля — сооружения, при виде которого у меня захватило дух. — Ты только посмотри на него, — с восторгом сказала Ли, — разве это не чу- до? Я никогда не встречала ничего подобного. — Самый необычный отель, который я где-либо видел, — согласился я. — Пять звезд, Эластер. Мы получим здесь массу удовольствия. — Забавный, правда? — спросил Эластер, сияя. С короткими фразами он справ- лялся значительно увереннее. Отель был просто очаровательным. Он представлял собой двухэтажное здание из стволов бамбука, скрепленных между собой сложно переплетенной рафией, в форме латинской буквы L, с крышей из пальмовых листьев. По всему периметру отеля шла двухэтажная веранда, на которую выходили двери, по всей видимости, веду- щие в спальни. Все строение нависало над глубоким бетонным бассейном, где плавали мириады разноцветных рыбок в компании двух величественных морских че- репах. Рядом с отелем находилось еще одно несимметричное строение из бамбука и пальмовых листьев с несколько обшарпанной вывеской «Бар». Всю эту картину украшали высокие пальмовые деревья, изогнутые, словно луки, чьи темно-зеленые листья шелестели на ветру, словно перешептываясь друг с другом. Пышные зарос- ли гибискуса и других тропических кустарников были в полном цвету. В ослепи- тельном сиянии солнечных лучей здесь все имело некоторый налет нереальности и выглядело в точности так же, как голливудские декорации для съемок эпической саги из жизни южных морей. Казалось, вот-вот по этой шаткой бамбуковой лест- нице сойдет язвительный Сомерсет Моэм в безупречных белых парусиновых брюках. Но самым близким его подобием были две черепахи, взирающие на вас с выражени- ем такого же презрительного высокомерия. Наша спальня оказалась, мягко говоря, необыкновенной. Здесь не было никакой необходимости в окнах, поскольку свет свободно проникал в комнату сквозь сте- ны, а через некоторые щели открывался великолепный вид на море и окружающие нас острова. Кровати были огромными и продавленными посередине — очевидно, когда-то они утратили часть деталей. Песок на полу приятно хрустел под нога- ми , придавая жилищу особый уличный колорит. К нашему номеру для новобрачных был приделан маленький закуток размером с гроб, сколоченный из расплющенных банок из-под керосина, покрытых облезлой клеенкой с ярким клетчатым орнамен- том. Из этого «шотландского ансамбля» торчала узкая трубка, из которой, как показал эксперимент, при повороте крана прямо вам в глаз била струя морской воды. Это был, конечно же, не отель «Рид», но в таком идиллическом окружении иного и не следовало ожидать. Мы едва успели распаковать багаж и аккуратно развесить нашу одежду на един- ственном стуле, как, взглянув через перила веранды, увидели приближающееся каноэ, управляемое бронзовым от загара молодым человеком в компании с юной блондинкой. Как оказалось, это был Марк, и он занимался специальными исследо- ваниями рыб на исследовательской станции Смитсоновского института — группа зданий, беспорядочно поставленных на одном из рифов в четверти мили от нас. Марк был откомандирован к нам, чтобы исполнять роль нашего проводника и кон- сультанта, пока мы находимся здесь. Он имел привлекательную внешность с лег-
ким оттенком чего-то восточного в чертах лица, и позднее я узнал, что его мать была японкой. Необычайно эрудированный и компетентный, он сразу же стал нашим наставником и другом, как и студентка Кэти, работавшая вместе с ним. В тот же день Марк повез нас на коралловый риф, расположенный примерно в миле от нашего жилья, где он проводил свои исследования и поэтому знал там каждую рыбу по ее христианскому имени. Бросив якорь на песчаное дно у края рифа, где глубина не превышала шести футов, мы надели маски и нырнули в теплую воду. Невозможно оставаться равнодушным к волшебству того момента, когда ты вхо- дишь в воду и погружаешь свое лицо под ослепительно сияющую поверхность тро- пического моря. Маска похожа на магическую дверь; ее стекло устраняет раздра- жающее воздействие морской воды, открывает путь в сказочную страну невообра- зимой красоты. Вначале мы медленно плыли над золотистым песком, который по- крывал яркий, постоянно меняющийся сетчатый узор, сотканный лучами ослепи- тельного солнца, и видели, как морские коты, похожие на странные пятнистые сковородки, плавно ускользают с нашего пути. Тут и там были разбросаны ма- ленькие островки сияющих, как драгоценные камни, кораллов в убранстве из раз- ноцветных водорослей, украшенные губками и красочными асцидиями; каждый ост- ровок окружала собственная свита рыбок — оранжевых, алых, синих, как ночное летнее небо, желтых, словно одуванчики, полосатых, в крапинку, ребристых, игольчатых и прочих самых невообразимых форм. Мы продолжали плыть, и вскоре впереди показался риф — причудливая страна гротов и каналов, тайных садов, засаженных губками и переплетенными кораллами, а также огромных коралловых замков со знаменами водорослей, реющих над зубчатыми стенами. Здесь были ко- раллы-мозговики, похожие на огромные черепа сраженных в битве и упавших в мо- ре гигантов, чьи скелеты стали частью рифа. Вокруг раздавалось щелканье, ур- чанье , скрежет и писк рыбьих разговоров, споров, кормежек. Выбираем один из петляющих каналов и проплываем по его прихотливым изгибам. В первую минуту водоросли гладят ваши плечи с обеих сторон; морские ежи, похожие на плоды конского каштана, прилипли к разноцветным стенам; рыбка ме- чется перед вами, словно приглашая следовать за собой. В следующую минуту узкий канал внезапно расширяется и выходит на маленькую площадку ослепительно блестящего мелкого песка, сплошь усеянную толстыми чер- ными голожаберными моллюсками, словно какой-то морской фургон, развозящий де- ликатесы , ошибочно разгрузил здесь партию колбас. Затем узкий канал превраща- ется в огромную, заполненную рыбами долину, и тут у вас появляется возмож- ность почувствовать пульсацию моря, его поднятия и опускания, когда вы парите словно птица над рифом и внезапно замечаете, что под вами ничего нет, кроме таинственной пугающей бездны, когда край рифа резко скатывается к морскому дну и исчезает в бархатисто-черной темноте. Марк знал этот и другие рифы так же досконально, как большинство людей зна- ют собственный сад за домом. Он, например, всегда мог сказать, что, проплыв по определенному каналу, сделав первый поворот налево, а второй направо, по- вернув налево у большого коралла-мозговика и проплыв еще двадцать футов впе- ред , вы найдете именно ту губку, коралл или рыбу, которых ищете. Он направлял нас к нашей цели по каналам рифа, как человек, указывающий вам путь по улицам родного города, и, конечно же, если бы не его указания и эрудиция, мы бы мно- гое упустили или не смогли понять. Язык млекопитающих, птиц и, до определен- ного предела, рептилий состоит, по большей части, из едва уловимых движений и поз, и требуется время, чтобы научиться понимать эти движения — например, оп- ределять , что говорит вам волк своим хвостом. И теперь, наблюдая за морскими обитателями, нам пришлось изучать совершенно незнакомый язык. Мы постоянно задавали себе вопросы. Почему эта рыба лежит на боку? Или стоит на голове? Что с такой решимостью защищает эта рыба и почему другая, словно уличная жен- щина, настойчиво домогается всех, кто проплывает мимо? Без помощи Марка мы
вряд ли смогли бы понять и миллионную часть из того, что нам довелось уви- деть . Возьмем, для примера, рыб семейства помацентровых. Эти пухлые, бархатисто- черные маленькие создания — страстные садоводы. Каждая из рыбок имеет отдель- ный участок коралла, где растут густые водоросли, за которыми она ухаживает, и это не только ее собственная территория, но и кладовая. Свой садик она за- щищает от всех пришельцев, порой проявляя удивительную храбрость. У той рыб- ки, за которой мы наблюдали и, в конечном счете, сняли на пленку, был зеленый сад размером шесть на двенадцать дюймов на участке огромного коралла- мозхювика. Она привлекла к себе наше внимание тем, что без всякой видимой причины, и необычайно энергично, атаковала черного и колючего, словно подушка для иголок, морского ежа, мирно проползавшего мимо. Однако, более внимательно изучив ситуацию, мы поняли, что странствующий морской еж собирался проложить себе дуть прямо через лужайку перед домом, чем и объяснялась драчливость рыб- ки. Как-то утром мы застали нашу маленькую рыбку в состоянии, близком к пол- ному отчаянию, вызванному тем, что ее бесценный садик посетила группа рыб- попугаев . Эти большие яркие зеленые, синие и красные рыбы со ртами, похожими на клюв попугая, дефилируют вдоль всего рифа, словно банда крикливо разодетых уличных грабителей, и когда они своими острыми клювами обдирают коралл, раз- дается звук, который можно услышать с поразительно большого расстояния. Их было так много, что наша бедная маленькая рыбка растерялась, не зная, кого из них атаковать первым. Кроме того, они имеют свою стратегию. Один из них стре- мительным рывком ворвался в сад и оторвал кусок водоросли, в ответ на что хо- зяйка сразу же атаковала и прогнала обидчика, хотя и была раз в двадцать его меньше. Но пока рыбка преследовала одного непрошеного гостя, остальные раз- бойники набросились на ее сад. Хозяйка вскоре возвращалась и разгоняла их, после чего все повторялось сначала. К счастью, мы появились и спугнули рыб- попугаев до того, как они успели нанести саду значительный ущерб. Но, несмот- ря на оказанную помощь, наша знакомая так и не прониклась к нам полным дове- рием. Рыбка подозревала, что рацион Ли состоит исключительно из морских водо- рослей и она неспроста проявляет интерес к ее садику. Поэтому стоило Ли под- плыть слишком близко, рыбка тут же бросалась на нее в яростную атаку. Рыбки-фермеры. Среди многих удивительных аспектов жизни кораллового рифа, которые нам по- казал Марк, ни одна не была столь интригующей и непонятной, как половая жизнь синеголового губана. Если Фрейд считал, что половая жизнь среднего человека очень запутана, то он, несомненно, получил бы нервное расстройство, если бы
ему предложили подвергнуть психоанализу эту рыбу. Начать с того, что ему при- шлось бы серьезно задуматься над тем, как обращаться к своему пациенту — мис- тер или миссис Губан. В юном возрасте синеголовые губаны вовсе не являются синеголовыми. Я вовсе не пытаюсь играть словами, а просто рассказываю все как есть. Они желтые и совсем не похожи на синеголовых губанов. Однако не надо отчаиваться. Когда они подрастают, их окраска подвергается поразительной перемене, и они стано- вятся темно-синими с бледно-голубой головой. Затем самец занимает территорию на возвышенном участке кораллового рифа, защищает ее от всех пришельцев и поджидает дам. Он крупный, обаятельный и способен обслуживать до сотни самок в день — факт, в сравнении с которым все достижения легендарных любовников становятся бледными и незначительными. Самки, пораженные такой живостью, на- ходят самца неотразимым и дюжинами посещают его коралловые апартаменты. Одна- ко именно здесь и появляются сложности. Молодые самцы, слишком молодые для того, чтобы обзавестись собственной холостяцкой берлогой и защищать ее от со- перников, болтаются возле территории взрослой рыбы, подкарауливая самок. Ок- ружив самку, они заставляют ее резко всплывать вверх, выметывая икру, которую они тут же оплодотворяют, выбрасывая сперму. Естественно, такой процесс при- носит мало удовлетворения, и его точность, конечно же, оставляет желать луч- шего. В идеале молодой самец должен сам занимать и защищать территорию, чтобы иметь возможность приглашать к себе самок и оплодотворять их более эффектив- но. Так что его цель состоит в том, чтобы стать большим и сильным, сменить окраску и завести собственный пентхаус. Синеголовый губан. А как же складывается жизнь у самки губана? Очевидно, что количество икри- нок , которые она может отложить, и, соответственно, количество выведенных ею мальков ничтожно мало по сравнению с легионом икринок, которые может оплодо- творить большой самец. Так что же она делает? Нам такое кажется невозможным, но для губанов это обычное дело. Она просто меняет пол — из желтой самки пре- вращается в большого синего самца, достаточно сильного для того, чтобы захва- тить и защищать собственную территорию. Итак, она меняет пол и вскоре еже- дневно спаривается с дюжинами других самок. Как мне кажется, это можно смело
назвать полной и окончательной победой обитателей подводного мира в борьбе за равноправие женщин. В общем, любовь у губанов — это настоящее волшебство, но разобраться с ее тонкостями натуралисту-любителю поначалу очень непросто. Мы сумели снять на пленку рыбку, защищающую свой садик, невероятную сексу- альную активность синеголовых губанов и еще множество других вещей. Однажды Эластер так увлекся, что попытался руководить съемками под водой, забыв, что дыхательная трубка это не мегафон, из-за чего чуть не утонул. В целом можно сказать, что это были самые приятные и успешные съемки. Нашей следующей остановкой должен был стать остров Барро-Колорадо, но, по- скольку нам было известно, что съемочной группе потребуется некоторое время для решения организационных вопросов, мы с Ли решили задержаться на островах Сан-Блас еще на несколько дней, ведь редко где можно найти такой идилличе- ский, неиспорченный уголок. Однако я чувствовал, что на мне лежит обязанность пойти к Исраилу, хозяину отеля, и заявить ему свой протест. Я редко вступаю в споры с управляющими отелей, но в данном случае у меня была серьезная причи- на. В конце концов, мы не возражали против песка на полу спальни и того, что нам приходилось самим перестилать свои постели, если удавалось найти просты- ни ; мы не жаловались, когда в душе внезапно заканчивалась морская вода ввиду пресыщения труб креветками, и не возмущались из-за того, что унитаз (по при- чине отсутствия двух винтов) все время взбрыкивал, как необъезженная лошадь, грозя выбросить вас в море через тонкую бамбуковую перегородку. Нет, мы не обращали внимания на эти мелкие неудобства, учитывая очарование этого места. Причиной нашего недовольства была еда. Завтрак состоял из кофе, тостов, джема и овсяной каши — вполне удовлетворительно, — но оставались еще обед и ужин, которые и наполняли нас отчаянием. Поэтому, решив быть твердым, но справедли- вым, я отправился к Исраилу. — Исраил, — сказал я, тепло улыбаясь, — я хочу с вами поговорить о нашем питании. — А? — произнес Исраил. В разговоре с ним следовало проявлять осторожность, поскольку его знание и владение английским языком находились на зачаточном уровне, и поэтому всякое новое понятие могло сделать его речь такой же невра- зумительной, как у Эластера. — Еда, — сказал я. — Завтрак очень хорош. Он расцвел. — Завтрак хорош, а? — Очень хорош. Но мы живем здесь две недели, Исраил, вы понимаете? Две не- дели. — Да, две недели, — кивнул он. — А что мы едим каждый день на обед и ужин? — спросил я. Он на мгновение задумался. — Омар, — ответил он. — Точно, — сказал я. — Омар, каждый день. Омар на обед, омар на ужин. — Вы любите омар, — обиженно напомнил он. — Я раньше любил омара, — поправил я его. — Теперь нам хочется что-нибудь еще. — Вы хотите что-нибудь еще? — переспросил он, чтобы убедиться. — Да, как насчет осьминога? — Вы хотите осьминог? — Да. — Хорошо. Я дам вам осьминог, — сказал он, пожав плечами. И давал нам ось- минога на ленч и ужин в течение последующих пяти дней. В день нашего отъезда, когда мы сидели под пальмами, потягивали вино, не- ожиданно появился Исраил. Он обрушил на меня поток своего английского, произ- нося слова очень быстро, и при этом для обычно невозмутимого человека выгля-
дел крайне взволнованным. Он все время показывал на только что причалившее каноэ с несколькими женщинами и детьми, яркими и красочными, словно груз ор- хидей, с которыми у него происходила оживленная перебранка. Сообразив, что не мы являемся причиной его гнева, я попросил его говорить помедленнее и в ко- нечном итоге сумел уловить основную суть его рассказа. Накануне вечером индеец с соседнего острова, до которого было примерно три четверти мили, приплыл сюда, чтобы отпраздновать какое-то событие. Он пил крепко и долго, но, в конце концов, где-то около десяти часов вечера, неуве- ренно направился домой. На рассвете, когда он так и не появился, его жена одолжила каноэ и, посадив в него свою мать вместе с остальными членами семьи, отправилась на поиски мужа. Все, что им удалось обнаружить, это пустое каноэ, плавающее над рифами. Теперь они приплыли к отелю и заявили Исраилу, что именно он совершил убийство, поскольку продавал спиртное пропавшему мужчине, и на нем теперь лежит ответственность за поиски трупа. Вполне понятно, Исраил хотел узнать, не поможем ли мы ему в этих поисках. Большинство женщин от такой просьбы тут же упали бы в обморок — но только не моя жена. — Как интересно! — воскликнула она. — Давай ему поможем. У нас ведь еще есть время, не так ли? — Да, — ответил я, — будет очень мило в последний раз искупаться вместе с утопленником. Когда мы уже собирались отплыть, прибывшая недавно постоялица вышла из оте- ля и приблизилась к нам. Это была роскошная, хорошо сложенная дама с блестя- щими черными волосами, блестящим коричневым телом и большим количеством бле- стящих белых зубов. Запах ее крема для загара можно было почувствовать за це- лую милю, а золотая россыпь надетых на ней украшений издавала при ходьбе ме- лодичный перезвон. Было непонятно, что она делала на примитивных островах Сан-Блас. Куда более уместно она выглядела бы на Лазурном берегу или на пля- жах Копакабаны. Ее белое бикини было таким миниатюрным, что она могла бы во- обще его не надевать. — Извините, пожалуйста, — произнесла она, одарив нас блеском всех своих зу- бов . — Вы едете купаться? — Э... да, в некотором смысле, — ответил я. — Вы не возражаете, если я поеду с вами? — кокетливо спросила она. — Вовсе нет, — искренне ответил я, — но должен вас предупредить, мы отправ- ляемся на поиски трупа. — Ясно, — сказала она, склонив голову набок. — Так, значит, вы не против? — Отнюдь, если не против вы, — галантно ответил я, и она вошла в лодку, звеня, как музыкальная шкатулка, и мы чуть не задохнулись от аромата «Chanel № 5» в сочетании с «Ambre Solaire». Исраил направил лодку к незнакомой нам части рифа, где было найдено каноэ. Семья погибшего уже находилась там; курсируя вперед-назад, они с надеждой вглядывались в прозрачную как стекло толщу воды глубиной около десяти- двенадцати футов. Исраил сказал, что нам лучше разделиться — он обследует од- ну сторону рифа, а мы с Ли другую. Мисс Копакабана уже элегантно опустилась в море и теперь держалась за борт лодки, выглядя совершенно неуместно. — Вы поможете Исраилу или поплывете с нами? — спросил я. — Я поплыву с вами, — ответила она, одарив меня обжигающим взглядом. Итак, мы отправились на поиски втроем. Через десять минут мы все встрети- лись над лесом роговых кораллов. Ли ничего не нашла, я тоже. Загребая ногами воду, я повернулся к мисс Копакабана. — А вы не видели его? — поинтересовался я. — Не видела кого? — спросила она. — Труп, — сказал я.
— Простите, что? — Труп. Ну, мертвое тело. — Мертвое тело? — взвизгнула она. — Какое мертвое тело? — То, которое мы ищем, — сказал я с возрастающим раздражением. — Я ведь го- ворил вам. — О, Madre de Dios! Мертвое тело? Здесь, на рифе? — Да. — И вы позволили мне плавать с мертвецами? — возмущенно воскликнула она. — Вы позволили мне плавать с разложившимися трупами? — Но вы же сами захотели отправиться с нами, — заметил я. — Мне пора, — сказала она. Она преодолела дистанцию до лодки за рекордное время и перебралась через борт. — Ну и хорошо, — философски заметила Ли. — Если бы мы нашли труп, с ней бы наверняка случилась истерика. Пришло время возвращаться назад, чтобы успеть на самолет. Мы так и не нашли нашего утопленника. Мы оттолкнули от себя мисс Копакабана. Однако, размышляя об этом позднее, я пришел к выводу, что мы поступили глупо. В конце концов, что может быть лучшей приманкой для акул, чем труп упитанного индейца? Итак, мы сели на наш крохотный самолет, и когда он полетел над множеством маленьких, лохматых от пальм островов, похожих на россыпь зеленых бусин, смутными очертаниями рифа, напоминающими странные водяные знаки под блестящей поверхностью моря, мы дали себе обещание, что когда-нибудь обязательно вер- немся сюда, чтобы купаться и плавать в этом волшебном месте, а заодно попы- таться расширить гастрономические познания Исраила. Серия четвертая Наше путешествие на катере к острову Барро—Колорадо, лежащему в Панамском канале, продолжалось полчаса, и оно предоставило нам возможность составить первое впечатление о лесе, в котором мы собирались работать. Катер с пыхтени- ем разрезал желтовато-коричневую воду, продвигаясь мимо плотной стены разно- цветных деревьев. Лиственный шатер, переплетенный, как старинное вязанье, представлял собой расплывчатую массу из зеленых, красных и коричневых тонов; то здесь, то там перистые бледно-зеленые деревья возвышались над остальными, их серебристо-белые ветви были усеяны звездами алых и изумрудно-зеленых эпи- фитов, например переплетенных гроздьями пурпурно-розовых орхидей. В одном месте наш путь тяжело и неторопливо пересекла пара туканов, блестя на солнце огромными бананово-желтыми клювами, а когда катер прижался к берегу, чтобы обойти отмели, мы смогли увидеть похожих на пригоршню опалов колибри, порхаю- щих среди крохотных цветков на деревьях. Небо имело глубокий темно-синий от- тенок, и, хотя было еще только раннее утро, солнце пекло достаточно сильно для того, чтобы по спине под рубашкой начали стекать струйки пота. Нас обво- лакивал этот неповторимый густой и пряный аромат тропиков, где тонкое благо- ухание миллионов цветов, сотен тысяч грибов и фруктов, испарений от квадрил- лиона медленно гниющих листьев перемешиваются в одном котле вечно изменяюще- гося, вечно умирающего и вечно растущего леса. Вскоре показался и остров. Холмы, словно равнобедренные треугольники, по- крытые лесом до самых вершин; их отражения, неясные и дрожащие в коричневых водах, похожие на рисунок пастелью. Когда катер подошел к причалу, появилась большая, как ласточка, бабочка-морфина, похожая на кусочек ожившего неба; сделав над нами несколько легких пируэтов, она улетела прочь, чтобы осветить какой-нибудь темный уголок зеленой лесной чащи. Выгрузив наш багаж, мы оказа-
лись лицом перед фактом, что нам предстоит совершить почти одиночное восхож- дение на вершину по пролету бетонных ступеней, вызвавших к меня неприятные ассоциации с крутыми и изматывающими монументами ацтеков в Мексике, по кото- рым мы с Ли карабкались несколько лет назад. Рядом с лестницей проходила мо- норельсовая дорога, где курсировал похожий на приплюснутый поезд вагончик. Мы побросали в него наши вещи и посмотрели на отдаленные домики, почти полностью скрытые деревьями. — Ну ладно, — мрачно произнес я, — сегодня я поднимусь пешком, хотя бы для того, чтобы потом всем об этом рассказывать, но с завтрашнего дня — только Восточный экспресс. Мне редко приходилось так сильно сожалеть о своем решении. Уже на полпути я смертельно устал и насквозь промок от пота. К тому времени, когда я все же добрался до вершины, у меня осталось сил лишь на то, чтобы доплестись до сту- ла и судорожно схватить кружку пива, которую предусмотрительно приготовила Пола. Нет нужды говорить, что, к моей большой досаде, Ли после совершенного восхождения выглядела безупречно и даже ничуть не запыхалась. С тех пор как члены нашей группы прибыли на место, они тут же занялись по- иском подходящих съемочных площадок и наилучших мест для работы с животными. Большинство обитающих на острове животных давно привыкли к тому, что группы озабоченных ученых постоянно шляются по лесу, поэтому еще одно вторжение вряд ли могло сильно повлиять на их поведение. — У нас здесь отличный материал. Ну, когда я говорю «отличный», может быть в монтажной, но выглядит вполне сносно, да, особенно эти ревущие твари обезь- яны, да, ревуны и огромное количество таких огромных деревьев, покрытых эпи- тетами , — докладывал Эластер. — Эпитетами? — переспросил я, подумав, что, может быть, какой-то новый вид растения-паразита, о котором я не слышал, теперь произрастает на Барро- Колорадо. — Да, — сказал Эластер, — ну знаешь, за все цепляются, как орхидеи. — Может быть, ты имеешь в виду эпифиты? — спросил я. — Ну да, я знал, что они называются примерно так, — произнес Эластер с лег- ким апломбом. — И потом, там были еще эти звери с длинными э... носами, смешно так называются. — Тапиры? — Нет, длинные носы, свистят, очень забавные, — уточнил Эластер, удивляясь моим затруднениям после такого детального биологического описания. — Трубкозубы? — Нет, нет, они ходят по земле. — Трубкозубы тоже ходят, — заметил я. — Они называют их как-то вроде «кокас», — сказал Эластер. Я глубоко задумался. Общение с Эластером всегда проходило непросто, но ко- гда он не мог вспомнить какое-то название или использовал неверное, то начи- наешь чувствовать себя так, словно пытаешься расшифровать «Свитки Мертвого моря» с помощью португальско-эскимосского словаря. — Может быть, ты имел в виду коати? — спросил я, осененный внезапной догад- кой. — Точно, точно, — с триумфом произнес Эластер. — Длинный нос, свистит, ла- зает по деревьям. Вскоре мы совершили нашу первую вылазку в глубь острова, чтобы осмотреть все выбранные Эластером съемочные площадки и попытаться хотя бы краем глаза увидеть некоторых из животных. Сколько бы вам ни приходилось посещать тропи- ки, как мне кажется, вы все равно будете испытывать душевный трепет всякий раз, когда вновь ступаете в расплывчатый сумрак, царящий между стволами ги- гантских деревьев. После залитых ярким солнцем открытых пространств ваши гла-
за должны сначала привыкнуть к слабой освещенности. Первым делом вы ощущаете прохладу, но вскоре понимаете, что прохлада здесь весьма относительная, по- скольку вы все равно продолжаете потеть. Следующее, что приводит вас в вос- торг, это необычайное разнообразие растений и деревьев вокруг. Всюду, куда ни бросишь взгляд, вы видите перед собой нового представителя растительного ми- ра, и хотя буйство зелени представляет собой статичную картину, у вас созда- ется впечатление непрерывного движения. Гигантские деревья высотой за сотню футов, опирающиеся на воздушные корни (похожие на контрфорсы средневековых соборов), связаны между собой сетью ползучих растений и лиан, из-за чего они напоминают гигантские мачты потерпевших кораблекрушение шхун с изорванными в клочья зелеными парусами, и кажется, что только плотно окутавший саван из ли- ан не позволяет им упасть. В некоторых местах лесная подстилка казалась живым, шевелящимся зеленым ковром. Эта галлюцинация была вызвана ручейками муравьев-листорезов, спешащих обратно к гнездам со своей добычей — маленькими, размером с ноготь, треуголь- ными кусочками зеленых листьев, переброшенных на спину. Выбранное муравьями дерево (которое они деловито обрабатывали) и их гнездо может разделять рас- стояние в несколько сотен футов, и зеленая колонна прокладывала себе путь по темной лесной подстилке, через упавшие бревна и под кустами, двигаясь равно- мерным потоком, который при более близком рассмотрении напоминал регату лили- путских корабликов, оснащенных зелеными парусами. Углубившись в лес, мы услышали впереди себя низкий раскатистый рев, свиде- тельствующий о присутствии черных обезьян ревунов. Это весьма впечатляющий звук, представляющий собой нечто среднее между воем, ревом и хриплым буль- каньем, и он, вибрируя, разносился по всему лесу, производя достаточно жуткое впечатление. Вскоре мы обнаружили их — маленькую семейную группу черных как смоль обезьян; одни беззаботно разгуливали по ветвям, другие грели спины в островках солнечного света, запихивая в рот листья и молодые побеги, третьи просто раскачивались на необычайно цепких хвостах, созерцая свой висячий сад. Заметив наше приближение, они сразу же насторожились, направив на нас подоз- рительные взгляды, а когда мы свернули с тропы в лес и оказались прямо под ними, обезьяны пришли в сильное возбуждение и, проявляя свою воинственность, начали забрасывать пришельцев ветками, листьями и другими, менее приятными снарядами. Коибский ревун.
— Ну, это уже слишком, — сказал Эластер, когда большой кусок экскрементов прорезал листву всего в нескольких футах от его головы. — Остынь, Эластер, — посоветовала ему Пола. — Они всего лишь делают то, что каждый мечтает сделать с режиссером. Убедившись, что шквал веток и экскрементов не оказывает на противника долж- ного воздействия, обезьяны заревели в один голос, пытаясь убедить нас в том, что это их территория. Это было все равно, что стоять в глубоком конце пусто- го плавательного бассейна и слушать хор Красной Армии, каждый исполнитель ко- торого поет свою песню на монгольском. — Мы определенно заставили их потерять самообладание, — сказала Пола, повы- сив голос, чтобы перекрыть поднявшуюся какофонию. — Мы обязательно должны, вы знаете рев, да где-нибудь выше деревьев, — про- молвил Эластер. — Здесь есть вышка, — сказала Пола, осуществляя синхронный перевод. — Уче- ные говорили мне, что в лесу есть вышка, которую они обычно используют для изучения лесного купола. — Именно так, — подтвердил Эластер. — Ее высота около ста пятидесяти футов, — с энтузиазмом сообщила Пола. — Я в восторге, — сказал я. — С удовольствием посмотрю на то, как Эластер будет на нее карабкаться. — Ах, милый, я совсем забыла, что ты не переносишь высоты, — извинилась По- ла. — Ну, ничего. Мы отправим наверх съемочную группу, а вы с Ли сможете ос- таться на земле. — Ты просто восхитительный продюсер, — сказал я. Мы шли по лесу, осторожно переступая через колонны муравьев-листорезов. Их было так много, что казалось удивительным, почему в лесу еще остаются листья. На самом деле такой сбор листьев является своеобразной формой огородничества — муравьи переносят листья в свои обширные подземные дома (занимающие площадь до четверти акра), где листья перегнивают, превращаясь в мульчу, и на ней на- секомые выращивают грибы, составляющие их основной рацион. Каким-то образом понимая, что если уничтожить все листья на деревьях, расположенных в непо- средственной близости от их гнезда, то они сами умрут от голода, муравьи об- щипывают деревья очень аккуратно и собирают лишь небольшое количество листьев с каждого дерева. На второй день мы наткнулись на просеку, проложенную в лесу одним из упав- ших гигантских деревьев. Проливные дожди подмыли корни дерева, которое росло на склоне, цепляясь корнями за тонкий почвенный слой, после чего порыв ура- ганного ветра вырвал дерево из земли с такой же легкостью, с какой дантист вырывает зуб. Этот пример наглядно демонстрировал непрочность и уязвимость тропического леса. Почвенный слой здесь настолько тонкий, что деревьям прихо- дится отращивать гигантские воздушные корни, чтобы удерживаться в вертикаль- ном положении. В действительности эти исполинские деревья сами себя кормят, поскольку опадающие с них листья быстро сгнивают, превращаясь в гумус, кото- рый и питает деревья. Этот процесс происходит так быстро, что успевает сфор- мироваться лишь тонкий почвенный слой. Поэтому вырубка тропических лесов, ко- торая происходит с ужасающей скоростью по всему миру, обнажает тонкий почвен- ный слой, способный продержаться лишь короткое время в качестве пашни или па- стбища. Затем он исчезает, оставляя после себя бесплодную, пораженную эрозией землю. Однако естественное падение деревьев идет на пользу лесу. Когда гигант рушится на землю, он ломает и валит вместе с собой другие более мелкие дере- вья , растущие на пути его падения, пробивая брешь в густом лесном куполе. В нее проникают солнечные лучи, и кустарники, ползучие растения и молоденькие деревца, которые вели борьбу за выживание в лесном сумраке, устремляются вверх. Семена, дремавшие в почве долгие годы и терпеливо ожидавшие такого со-
бытия, теперь пробуждаются и, дав ростки, начинают стремительно тянуться ввысь к голубому небу, прежде чем брешь закроют другие растения. Таким обра- зом, смерть одного из лесных великанов становится сигналом к пробуждению но- вой жизни и дальнейшему росту вокруг его гигантских останков. С участков склона, расположенных выше рухнувшего исполина, до нас доноси- лись писк, треск и громкий шорох. Решив исследовать причину этих звуков, мы свернули с тропы и обнаружили группу паукообразных обезьян, развлекавших себя тем, что, спустившись на нижние ветви деревьев, они поедали какие-то розовые бутоны. Они названы очень удачно, так как со своими длинными, мохнатыми, тем- ными конечностями и длинными хвостами (настолько цепкими, что обезьяны поль- зуются им как дополнительной рукой) эти животные и в самом деле похожи на не- обычных гигантских пауков, плетущих паутину среди ветвей. В отличие от реву- нов, оказавших нам негостеприимный прием, паукообразные обезьяны, напротив, демонстрировали свое дружелюбие и, по-видимому, очарованные нами, раскачива- лись на своих удивительных хвостах все ближе и ближе, постепенно приближаясь к земле. Одна из них почувствовала особый интерес к Ли, которая только что начала есть апельсин, чтобы утолить жажду. Раскачиваясь на хвосте, обезьяна перепрыгивала с ветки на ветку, пока наконец не оказалась на расстоянии пят- надцати футов от Ли, после чего начала рассматривать ее с интересом антропо- лога, изучающего особенности питания аборигенов. Ли отломила от апельсина не- сколько долек и протянула их обезьяне; к нашему удивлению, без всяких колеба- ний обезьяна слетела вниз, схватила предложенное угощение и сунула его в рот. После этого вся их стая долго следовала за нами по деревьям, бросая на нас вожделеющие взгляды, и отстала лишь после того, когда стало совершенно оче- видно , что апельсинов больше не будет. Черная паукообразная обезьяна. Эластер договорился с одним из прикрепленных к станции охотников, чтобы тот прочесал лес в поисках животных, подходящих для наших съемок, и на следующее утро он явился к нам с первым экземпляром, одним из моих самых любимых живот- ных — двупалым ленивцем. Это на редкость очаровательные создания с маленькой головой, пушистым телом, круглыми, немного выпученными золотистыми глазами и с доброй мечтательной улыбкой, не сходящей с их физиономий. Спокойные и мед- лительные ленивцы позволят вам повесить себя в любом месте, словно старое пальто, и лишь проведя полчаса в глубокой медитации, они переместятся футов на шесть, да и то крайне неторопливо. Ленивцы поистине фантастические сущест- ва. Поскольку они превосходно адаптировались к своей необычной, перевернутой
жизни на вершинах деревьев, где большую часть времени висят спиной вниз, а также потому, что их рацион состоит из трудно перевариваемых листьев, внут- ренние органы ленивца сильно отличаются от внутренних органов всех остальных млекопитающих. Обмен веществ у этих животных такой же замедленный, как и их движения, неторопливый, как бюрократическая волокита. Например, они могут це- лую неделю не опорожнять мочевой пузырь. Бурогорлый ленивец. Шерсть ленивца, конечно же, растет не так, как у других животных. У всех остальных млекопитающих шерсть имеет ворс, направленный от позвоночника к брюху, поэтому пробор, если так можно выразиться, находится на хребте. У ле- нивца ворс на животе уложен наискосок, а остальная шерсть растет в направле- нии к позвоночнику, и поэтому, когда ленивец висит спиной вниз, дождевая вода легко скатывается с его тела. Их шерсть имеет также весьма необычное адаптив- ное приспособление — тонкие слои клеток, расположенные по диагонали к волос- кам шерсти и формирующие бороздки, в которых поселяются два вида сине-зеленых микроскопических водорослей. Они придают шерсти животного зеленоватый отте- нок, помогающий оставаться незаметным среди листвы, и поэтому ленивца можно уподобить висячему саду. Еще более любопытным является тот факт, что в шерсти ленивца селятся неко- торые виды жуков и клещей, а также один весьма необычный вид бабочки-огневки. Известно около двенадцати тысяч видов этой бабочки, встречающейся по всему миру, и многие из них весьма необычны. Например, некоторые виды имеют в осно- вании брюшка так называемый тимпанальный орган. Этот орган слуха способен воспринимать ультразвуковые импульсы летучих мышей (предназначенных для поим- ки жертвы), таким образом помогая бабочке ускользать от хищника. Некоторые гусеницы бабочек-огневок живут на водных растениях и во многих случаях стано- вятся настоящими водными обитателями; у одного из видов гусениц даже развива- ются жабры. У бабочед-огневки довольно любопытные взаимоотношения с ленивцем.
Она откладывает свои яйца в шерсть ленивца, и когда из этих яиц выводятся ли- чинки, они кормятся микроскопическими водорослями, населяющими бороздки во- лос, а возможно, и самой шерстью. Следовательно, кроме висячего сада, ленивец является еще и передвижным меховым отелем для всех этих насекомых. Следующей кинозвездой, принесенной из леса, чтобы предстать перед камерами, оказалось маленькое удивительное существо, которое я не видел с тех пор, как приобрел такое в Гайане много лет назад. Это был карликовый муравьед, самый маленький из всех муравьедов; взрослое животное спокойно поместится на вашей ладони, оставив еще достаточно свободного места. Как и ленивец, это миниатюр- ное создание прекрасно приспособилось к древесному образу жизни. У него ко- роткая, густая и шелковистая шерсть янтарно-коричневого цвета. Его цепкий хвост на конце голый, что позволяет животному крепче держаться за ветки. Он имеет короткую трубкообразную мордочку, чуть загнутую вниз, маленькие глазки и ушки, скрытые в густой шерсти. Конечности этого маленького зверька пред- ставляют собой особый интерес. Передние лапы имеют толстые розовые подушечки и вооружены тремя длинными, тонкими, острыми когтями; из них средний коготь самый большой. Когти могут складываться в специальные желобки на подушечках, словно лезвие перочинного ножа. На задней ноге (на пятке, если можно так вы- разиться) у него имеется мускулистый выступ в форме чашечки, позволяющий ступне более плотно прилегать к ветке. Пальцы задних ног заканчиваются остры- ми когтями с подушечками у основания, и все это, вместе с эффектом присоски, формирует удивительно надежный хватательный механизм, в котором когти даже не играют особой роли. В случае опасности карликовый муравьед обвивает хвост во- круг ветки, крепко упирается в дерево задними ногами (образуя треножник из двух ног и хвоста), поднимает над головой передние лапы и, когда противник оказывается в пределах досягаемости, делает выпад, нанося рубящий удар сверху вниз своими острыми как бритва передними когтями. В отличие от ленивца, имею- щего тупые, похожие на колышки зубы без эмали, которые продолжают расти на протяжении всей его жизни, у муравьеда вообще нет зубов, а лишь длинный клей- кий язык и сильные мускулистые стенки желудка, перетирающие древесных муравь- ев, которыми он питается. Карликовый муравьед. Во время съемок наш герой продемонстрировал необычайную силу духа и вскоре настолько к нам привык, что в перерывах между дублями спокойно устраивался на
указательном пальце Ли, обвив хвостом ее большой палец или запястье. Когда пришло время его отпустить, он с большой неохотой покинул руки Ли и еще долго сидел в кустах, с тоскою глядя на нас, прежде чем скрыться в лесу. Хотя у нас уже были мили пленки, запечатлевшей то, как муравьи-листорезы, занимаясь своими делами, обрывают листья с деревьев, переносят листья к гнез- ду л убирают гнездо и образуют огромные мусорные кучи, нам приходилось расста- ваться с муравьями в тот момент, когда они исчезали под землей. Это не давало покоя Эластеру. — Я хочу вы знаете я думаю ну, сады, — сказал он, склонив голову набок и медленно поворачиваясь на месте, что придавало ему сходство с благожелатель- ным, улыбающимся трупом на виселице. — Грибные грядки, вы знаете под землей? — Единственный способ до них добраться, милый, это выкопать наших друзей из-под земли, — практично заметила Пола. — Да, — задумчиво произнес Эластер, перемещаясь, словно волчок, по муравьи- ному гнезду, которое по площади не уступало размерам небольшого танцевального зала. — Это возможно? — спросил Роже. — Они не слишком глубоко? — Ну, порою грибные грядки находятся достаточно близко к поверхности, — сказал я, — но муравьи вряд ли будут в восторге от вашей затеи. — Пола, ты раздобудешь нам лопаты, а мы выкопаем их, а? — с энтузиазмом предложил Роже. — Выкопаем эти маленькие jardins des champignons, да? — Да, лопаты, — произнес Эластер, пораженный новизной идеи. — Принеси нам лопаты. Грибные грядки муравьев-листорезов. Итак, Пола поплелась обратно через лес на исследовательскую станцию и через некоторое время вернулась с охапкой лопат. Именно в этом и заключается основ- ное предназначение продюсера. Продюсер должен доставать и приносить — как по волшебству — любую вещь от полноприводного грузовика до сытного обеда, от мо- торной лодки до бутылки виски. — То, что нужно, — сказал Эластер. Они с Роже взялись за лопаты и принялись копать. Уже имея в прошлом некото- рый опыт общения с муравьями-листорезами, я взял Полу и Ли под руки и отвел их подальше от места действия. Листорезы, как вид, весьма преуспевающие насе- комые . Основателем всей колонии является «царица», которая во время брачного вылета несет с собой (в неком подобии мешочка) нити грибницы, составляющей
основной рацион будущей колонии, примерно так же, как американские колонисты везли с собой мешки с пшеницей, чтобы посеять ее там, где они решат обосно- ваться. По окончании брачного вылета царица сажает грибницу в гнездовой сек- ции и ухаживает за ней с увлеченностью профессионального садовода, удобряя своими экскрементами. Если грибница погибает, колония прекращает свое сущест- вование; когда грибница успешно приживается, колония быстро разрастается, увеличиваясь пропорционально росту грибных плантаций и доходя по численности до миллиона особей на гнездо. Я как раз успел объяснить все это Поле, когда около полумиллиона обитателей данного гнезда решили, что деятельность Роже и Эластера представляет собой угрозу для их благосостояния, и бросились вперед, чтобы выразить свой протест. Только что Эластер и Роже походили на двух усердных огородников, перекапывающих свои грядки под посев нового урожая, а в следующее мгновение они уже совершали прыжки, повороты и па-де-де, которым позавидовали бы артисты московского балета. Все это сопровождалось дикими, душераздирающими воплями, разбавленными в равной мере богохульствами и про- клятиями . — О боже! — пронзительно кричал Эластер, вальсируя кругами, теперь уже по необходимости. — О-о, о-о, они кусаются! Проклятые твари! — О-о, о-о, merde alors! — вторил ему Роже, тоже вальсируя и хлопая себя по брюкам. — Ой, как кусаются! Основная проблема заключалась в том, что на Эластере были шорты и пара древних бейсбольных туфель, оставлявшие ноги совершенно не защищенными, и полчища муравьев ползли по ним вверх, как по дереву, собираясь разорвать его на части. Роже, если такое возможно, оказался в еще худшем положении, по- скольку на нем были элегантные, плотно облегающие брюки, по которым муравьи взбирались быстро и без помех. Те из них, кто остался снаружи, вгрызались в тело прямо через тонкую ткань. Те же муравьи, которые оказались внутри, по- ставили себе цель подняться как можно выше, прежде чем начать свое нападение, поэтому Роже кусали в самые интимные и нежные части тела. Челюсти муравьев, достаточно мощные для того, чтобы разгрызать плотные листья, без труда проку- сывали тонкую брючную ткань, и ноги Роже, как и ноги Эластера, вскоре покры- лись кровавыми пятнами. Мы вынесли пострадавших с поля боя и стряхнули с них муравьев. Затем Пола оказала им первую помощь, введя антибиотики, но прошло еще значительное время, прежде чем мы собрали с них всех муравьев. — Вы видели это? — задыхаясь, говорил Эластер, его очки запотели от волне- ния. — Эти мерзавцы хотели разорвать меня на маленькие лоскутки! — А что они вытворяли со мной? — возмущался Роже. — Они посягнули на самое святое. Они пытались сделать меня евнухом. Позднее, закутанные в столько слоев всякой одежды, что выглядели как Труля- ля и Траляля, приготовившиеся к битве, Роже с Эластером успешно выкопали ма- ленькую часть грибного сада и сняли его на пленку, к большому неудовольствию муравьев. Одним из наиболее фантастических фрагментов жизни тропического леса, кото- рый так же трудно снять на пленку, как и подземные грибные плантации муравь- ев, является необычайная история взаимоотношений гигантского фигового дерева (дикой смоковницы) и крошечной осы бластофаги. Об их удивительном содружестве стало известно совсем недавно, и это открытие еще раз продемонстрировало, на- сколько сложно организована жизнь тропического леса и то, что каждое растение или животное, обитающее в нем, является лишь частью единой экосистемы. Ведь без больших фиговых деревьев погибла бы оса бластофага, а без крошечного на- секомого фиговое дерево не смогло бы давать семена, его численность начала бы сокращаться и, в конце концов, оно прекратило бы свое существование. Все смоковницы имеют весьма необычную форму соцветий, напоминающих скорее фрукт, чем цветок. Множество крохотных цветков находится внутри такого груше-
видного соцветия, или фиги, которое с нижнего конца прикрепляется к дереву цветоножкой; на верхнем конце имеется небольшое отверстие, почти полностью закрытое чешуйками. У смоковницы развиваются два типа цветков — мужские и женские, и способ, при помощи которого пыльца переносится из одного цветка в другой, не только очаровывает, но и вызывает трепет. Вот как это происходит. На дереве первыми созревают женские цветки, и их аромат привлекает самок бластофаги, несущих на себе пыльцу с других смоковниц, растущих в лесу. Чтобы добраться до цветков, самка должна пролезть внутрь фиги через верхнее отвер- стие , раздвинув чешуйчатую «дверь». Сделать это совсем не просто, поскольку «дверь» достаточно тесная, и хрупкая самка бластофаги часто обламывает свои крылья и усики, когда проникает в фигу. Как только самка успешно проникает в фигу, она начинает просверливать стол- бик женского цветка, используя свой длинный яйцеклад, словно буровой снаряд, чтобы добраться до семязачатков и отложить там яйца. Женские цветки бывают двух видов, один из которых имеет короткие столбики, а другой — длинные. Бла- годаря такому различию в строении яйцеклад осы может добраться до семязачат- ков только короткостолбиковой разновидности цветка. Длинностолбиковые цветки лишь пробуются осой, но при этом они получают принесенную ею пыльцу. В ре- зультате в короткостолбиковых цветках развивается потомство бластофаги, в то время как длинностолбиковые цветки производят семена. Это само по себе доста- точно необычно, но дальше история становится еще более странной и фантастиче- ской. Отложенные самкой яйца развиваются и окукливаются. На этой стадии они, по всей видимости, начинают выделять вещество, которое препятствует созреванию фиги, потому что, если плод созреет, пока там находятся личинки, их инкубатор может быть съеден вместе с ними. (В действительности сочные плоды развиваются только из длинностолбиковых соцветий.) Наконец процесс развития личинки за- канчивается. Первыми на свет появляются самцы бластофаги; они обходят по кру- гу еще не вылупившихся самок и оплодотворяют их. Вплоть до этого момента фига остается плотно запечатанной, так что воздух внутри ее содержит до десяти процентов двуокиси углерода (против 0,03 процента в наружном воздухе), но это совершенно не беспокоит самцов. Однако после оплодотворения самцы бластофаги прогрызают отверстия в стенках своего инкубатора, и уровень двуокиси углерода внутри резко падает. Это каким-то образом ускоряет процесс выведения из личи- нок женских особей и способствует появлению пылящих тычинок, которые покрыва- ют пыльцой самок бластофаги. Самцы и самки, работая как одна команда, обгры- зают чешуйки в тоннеле на верхнем конце фиги, после чего самки улетают, унося с собой оплодотворяющую пыльцу, чтобы основать колонию на другом фиговом де- реве . Бескрылые самцы не могут покинуть инкубатор и погибают, выполнив свою жизненную задачу. Когда задумаешься над тем, что история осы бластофаги лишь один из много- численных примеров тех удивительных событий, которые происходят в тропических лесах, начинаешь понимать, в каком сложном мире мы живем, и с какой легкостью наше неуклюжее вмешательство может внести хаос в тонкий баланс экосистем. Тропические леса планеты — одно из величайших достояний человечества, и в то же время мы обращаемся с ними так, будто они представляют для нас какую-то опасность, а не являются неисчерпаемой самовосполняющейся кладовой лекарств, продовольствия, древесины, красителей, пряностей и многих других полезных ве- щей. Мы еще даже не осознали до конца, какую пользу способны принести челове- честву тропические леса, но уже уничтожаем их с такой скоростью, что многие виды растений и животных исчезают до того, как ученые успевают их описать. Подсчитано, что это дикое, самоубийственное наступление на тропические леса планеты приводит к тому, что сто десять тысяч квадратных километров — сорок три тысячи квадратных миль — леса вырубается и сжигается ежегодно. Жизнерадо-
стный прогноз говорит нам о том, что при таком темпе тропические леса полно- стью исчезнут через восемьдесят пять лет. Если такое произойдет — а пока нет никаких признаков того, что человечество внезапно опомнится и начнет вести себя разумно, — то результатом будет катастрофическое изменение климата всей планеты, поскольку леса контролируют погоду и без них богатейшие области пре- вратятся в пустыни за очень короткое время. И это не говоря уже о той всем известной пользе, приносимой нам лесами, и тех его богатствах, которые еще только ждут своего открытия. Мы лишь слегка прикоснулись к области знаний, связанных с огромной экосистемой, известной нам как дождевой лес, или джунг- ли. Мы пока не представляем себе, какая неоценимая польза для человечества может таиться среди деревьев, но уже почти с маниакальной расточительностью губим то, что никогда не сможем воссоздать, то, что представляет огромную ценность для всех жителей Земли; и, более того, то, что при разумной эксплуа- тации способно самовосстанавливаться. Однако при текущем положении дел, воз- можно, что уже менее чем через сто лет, при наличии миллионов новых ртов, требующих пищи, мы будем вынуждены выращивать продовольствие в пустынях толь- ко потому, что ведем себя алчно, преступно и абсолютно эгоистично, и это ка- сается всех, независимо от цвета кожи, религиозных и политических убеждений, и если мы не начнем изменяться, и изменяться быстро, у наших детей уже нико- гда не будет возможности увидеть этот самый необычайный и биологически наибо- лее важный регион планеты — тропический лес, и тем более воспользоваться его благами. Серия пятая Возможно, это хорошо, что мы не отправились сразу из Барро-Колорадо (где была жара за сорок градусов) к следующему месту назначения, поскольку, когда мы прибыли в Райдинг-Маунтин, где собирались снимать северный лес зимой, там стоял двадцатиградусный мороз. Сказать, что было холодно, значит не сказать ничего. Не успели мы выйти из машины, как мои борода и усы смерзлись воедино, а длинные полудюймовые ресницы Полы покрылись таким толстым слоем инея, что она с трудом открывала глаза. — Г-господи, — произнесла она, озирая укутанные снегом окрестности, ледяное серое небо и огромную бревенчатую хижину, к которой мы подъехали. — Хорошее местечко, чтобы повесить здесь свою табличку, — правда, мальчики? — Гм, снег, я надеюсь, хотя свет не слишком хороший. Будет ли снег воздей- ствовать на животных? — спросил Эластер, попытавшись начать описывать круги со склоненной набок головой, но глубокий снег его остановил. Ли бросила в не- го снежок, но, к сожалению, промахнулась. Бревенчатая хижина принадлежала Бобу и Луизе Сопак — очаровательной паре, которая должна была стать нашими хозяевами и оказывать общее содействие на данном отрезке нашего путешествия вместе со своими соседями Черил и Доном Макдональдами. Когда я говорю, что это была бревенчатая хижина, то вовсе не имею в виду одно из тех строений, напоминающих коробку из-под обуви, которые вы так часто можете увидеть в фильмах о Диком Западе. Да, она была сложена из огромных сосновых бревен, но на этом сходство заканчивалось. Войдя внутрь хи- жины, вы видели, что весь нижний этаж имеет открытую планировку. Где-то на высоте тридцати футов над вами парила крыша, а под ней находились гостиная, жилые и кухонные площади. Одни лестницы вели к расположенным под крышей спальням, а другие — вниз, к другим спальням и погребам под домом. Это был один из самых необычных домов, в которых мне доводилось побывать. Боб и Луиза оказались превосходными кулинарами, и, чтобы отогреть наши тела, насквозь промерзшие после четырехчасовой поездки из Виннипега, они приготовили для нас
роскошный обед: густой бульон, хлеб домашней выпечки и столько оленины, что мне показалось, будто все поголовье оленей Канады было истреблено в одноча- сье . В действительности Боб превосходно управляет своей землей, и каждый год он отстреливает ровно столько оленей, сколько требуется на зиму (обычно двух животных), не только обеспечивая себя деликатесным мясом, но и отбраковывая слабых особей. Благодаря обильной трапезе, в сопровождении определенного количества преду- смотрительно захваченного нами скотча, мои борода и усы оттаяли, а Пола вновь обрела зрение. Тут же за столом мы решили, что она, Родни (наш канадский опе- ратор) и Эластер отправятся на разведку, в то время как нас с Ли посвятят в таинства катания на лыжах и хождения в снегоступах. Я очень скоро обнаружил, что моя фигура, мой en Bon point , как это изящно называют французы, не подходит для катания на лыжах. Если я наклонялся впе- ред, то тут же падал вниз лицом; если я наклонялся назад, то падал навзничь; если же мне удавалось держаться прямо, то я падал либо вперед, либо назад, в зависимости от того, куда дул ветер. Однако хождение в снегоступах это совсем другое дело, и здесь мои успехи были вполне удовлетворительными. Возникает удивительное ощущение, когда у тебя появляется возможность ходить по глубоко- му снегу и не проваливаться в него. Я чувствовал себя как эта чудесная птица — якана, которая (при достаточно большом весе) бегает по листьям водяных ли- лий, словно по шоссе. Прикрепив к подошвам своей обуви некое подобие теннис- ных ракеток, вы передвигаетесь равномерным шагом по глубокому снегу, в кото- ром без снегоступов увязли бы по уши через несколько шагов. Единственную сложность представляет собой разворот на месте, и если вы действуете не по правилам, ваши снегоступы цепляются друг за друга, и вы падаете в снег, вы- браться из которого можно лишь после долгой борьбы, что стоит немалых усилий. Но после того, как вам удалось освоить технику разворота, вы начинаете чувст- вовать себя как гвардеец с непомерно раздутыми ступнями, четко выполняющий на плацу команду «Кругом!». Приобретя достаточный опыт передвижения на снегоступах, мы с Ли отправились обследовать ближайшие окрестности. Небо было синевато-серым, и казалось, если бросить в него снежком, оно звякнет, как железное. Оттуда сыпались пригоршни снежинок, каждая размером с почтовую марку, толстые и мягкие, словно промока- тельная бумага. Снег скрипел и урчал под нашими ногами, но больше до нас не доносилось ни звука — весь мир был заглушён снегом. Сосны выглядели так, буд- то какой-то великан-кондитер облил их глазурью, и темно-зеленые ветви сгиба- лись под ее тяжестью. Местами можно было увидеть, как достаточно большие де- ревья так сильно прогнулись от белого груза, что было очевидно — следующий снегопад уронит их на землю. Мы подошли к маленькому озеру, круглому и глад- кому под покровом снега и льда, словно блюдце с молоком. По краям озера вид- нелись покрытые снегом холмики с торчащими из них черными ветками, похожие на палочки древесного угля, пробивавшиеся через ледяную корку. Это были бобровые хатки, и где-то глубоко внутри спали животные, ожидая весну, которая растопит пятифутовый слой снега и льда и освободит для них воду, где можно плавать. Вернувшись в Канаду летом, мы вновь посетили это озеро на рассвете. Переме- на оказалась просто поразительной. В нем стояла золотисто—зеленая вода, все озеро окаймляли густые заросли камыша, похожие на бахрому вокруг викториан- ской скатерти, а по водной поверхности здесь и там были разбросаны островки белых лилий. Солнце, только что поднявшееся над мерцающей кромкой зеленых де- ревьев, рассеивало легкую дымку стоявшего над озером тумана, и его тонкие клочья дрейфовали между камышами и водяными лилиями, словно невесомая свадеб- ная фата. Мы сели в каноэ и медленно поплыли к поднимавшемуся над водой коричневому бугорку, похожему на гигантский, наспех состряпанный рождественский пудинг.
Это была бобровая хатка. На полпути к ней над поверхностью золотисто-зеленой воды внезапно появилась большая коричневая голова, и из портретной рамы бегу- щих по воде кругов на нас с явной подозрительностью уставился бобер. Мы пере- стали грести, чтобы понаблюдать за тем, как он медленно и спокойно плавает взад-вперед перед своей хаткой, словно стражник, патрулирующий перед входом во дворец. Однако когда мы попытались подогнать каноэ поближе к нему, он за- паниковал и, подняв над водою свой похожий на весло хвост, ударил им о по- верхность с такой силой, что по озеру разнеслось эхо, похожее на ружейный вы- стрел . После этого он сразу же нырнул. Через несколько минут он появился в другом месте и, увидев, что мы до сих пор не отступили, снова ударил хвостом по воде, прежде чем нырнуть еще раз. Все то время, пока мы находились в ка- ноэ , он продолжал выныривать на поверхность, каждый раз в новом месте, и лу- пить по воде хвостом, чтобы нас испугать. Это был единственный бобер, которо- го мы видели за время нашего пребывания в Канаде, и я не могу сказать, что он вел себя как гостеприимный хозяин. Канадский бобр. Вернувшись в дом, мы обнаружили там Эластера в приподнятом настроении. Ему удалось найти и снять на пленку большое стадо белохвостых оленей и даже норо- вистого американского лося, что, по его мнению, могло служить достаточно вес- ким доказательством существования животных в этом замерзшем глухом краю. По- скольку на протяжении всей четырехчасовой поездки из Виннипега мы видели только двух ворон, я не могу винить Эластера за сложившуюся у него убежден- ность в том, что на замерзшем Севере не может жить никто, кроме людей. — Завтра мы выйдем все вместе и попытаемся снять тебя вместе с Ли в компа- нии белохвостых оленей и американского лося, — изрекла Пола тоном маститого продюсера, очевидно, уже забыв про те дни на Мадагаскаре, когда она была все- го лишь ассистентом продюсера и имела прозвище Асе. Прод. — А вечером, — продолжила она, — мы отправимся на озеро, и Эластер хочет, чтобы ты половил там сов. — что ТЬ1 сказала? — спросил я, решив, что неверно ее расслышал. — Половил сов — на мышь, — пояснила Пола. — Куиггерс, сколько ты сегодня выпила? — поинтересовался я. — Нет, нет, милый, я не шучу. Эластер где-то вычитал, что ученые ловят сов, используя в качестве приманки дохлую мышь, когда нужно их окольцевать или
сделать с ними что-нибудь еще. — Никогда не слышал про подобную чушь, — сказал я. — И, кстати, почему на озере? Я не знал, что в Канаде совы живут под водой. — Да нет, просто на озере больше свободного места. В лесу леска может запу- таться в ветвях деревьев. — Не знаю, что и сказать. По-моему, это совершенно бредовая затея. Ты мо- жешь повлиять на Эластера? — Нет, — кротко ответила Пола. Этой ночью Ли и я первый раз увидели северное сияние. Поскольку для Боба и Луизы это было совершенно обычное явление, они даже забыли ли о нем упомя- нуть . Они любезно разместили нас в своей спальне, и когда мы забрались в большую, уютную двуспальную кровать, то обнаружили, что прямо над нами полы- хает небесный огонь. Я выключил свет и тут же застыл на месте от удивления. Большая часть неба непосредственно над нашей кроватью казалась живой. На фоне глубокой бархатной черноты небосклона вспыхивали свитки, занавеси, ленты и переплетенные пряди бледно-пурпурных, зеленых, голубых, розовых и морозно- белых метелок, походившие на облака, но при этом живущие своей собственной жизнью. Каждую секунду они перемещались, разделялись, сливались, распадались и вновь соединялись, уже образуя другие сочетания, и вся эта картина подсве- чивалась откуда-то сбоку, причем цвета подсветки тоже все время изменялись. Мне сразу же вспомнился подаренный мне в детстве калейдоскоп, представлявший собой трехгранную трубку наподобие микроскопа. Вы кладете под объектив покры- тую узором бумагу — лучше всего яркую, блестящую обертку из-под шоколадки — и, поворачивая трубку, наблюдаете за тем, как узоры на бумаге изменяются са- мым волшебным образом. Сейчас мне казалось, что я вижу эти небесные огни в окуляр своего старого калейдоскопа, и он, без всяких усилий с моей стороны, создает на небе эти фантастические эффекты, более тонкие и таинственные, чем способна дать самая яркая обертка из-под шоколадки. Примерно в течение целого часа мы лежали и любовались этим невероятным зрелищем, пока оно, постепенно затухая, в конце концов, не погасло совсем, оставив после себя бархатисто- черное, как кротовая шкурка, небо, усыпанное звездами. Хорошо, что северное сияние, наконец, погасло, иначе мы смотрели бы на него до зари и были бы слишком усталыми, чтобы подняться наутро. Это было одно из наиболее таинст- венных, изящных и красивых природных явлений, когда-либо виденных мною. На следующее утро, после обильного завтрака, способного насытить даже Гар- гантюа, мы отправились в лес, закутавшись в такое количество одежды, что своими неуклюжими движениями напоминали астронавтов, передвигающихся по Луне без содействия пониженной гравитации. Встретившая нас накануне серая мгла бесследно растворилась в ночи, и небо теперь было нежно-голубым, а слабое те- пло солнечных лучей заставляло огромные снежные шапки с тихим вздохом со- скальзывать с ветвей и падать на мягкий снежный ковер под деревьями. В одном из эпизодов своего фильма мы хотели показать ту необычайную жизнь, которая происходит зимой под мягкими толстыми слоями снега. Не так давно было обнаружено, что первые слои выпавшего снега — который затем перекрывают дру- гие слои — изменяют свою структуру. Снежинки как бы сплавляются друг с другом и превращаются в то, что можно назвать сосульками или ледяными кристаллами, в результате чего в этом слое снега образуются тоннели и ледяные дворцы, усеян- ные блестящими самоцветами. Этот слой индейцы называют пакак. Температура внутри ледяных коридоров и дворцов на несколько градусов теплее наружной, по- скольку снежный покров действует как теплоизолятор. Поэтому мыши и другие мелкие грызуны могут с достаточным комфортом жить в пакаке, выкапывая из-под него для пропитания корни трав и растений, а другие, более мелкие существа, вроде насекомых или пауков, имеют возможность перезимовать в ледяных коридо- рах, впав в состояние спячки. Чтобы наглядно продемонстрировать удивительные
теплоизолирующие свойства снега, Эластер решил сложить из него то, что севе- роамериканские индейцы называют куинзи, а эскимосы — иглу. Поэтому, пока мы с одной половиной группы отправились на поиски животных, другая половина, воз- главляемая Эластером, нашла подходящее место и приступила к постройке куинзи. Отъехав совсем немного, мы заметили неподалеку от дороги американского лося с огромными шоколадно-коричневыми рогами, величественно стоящего среди де- ревьев. Лоси — существа с достаточно необычной внешностью, наделенные не- складным телом и длинными норами, а также распухшим, словно у пьяницы, носом. При взгляде на них у меня всегда возникает впечатление, что их собирали из отбракованных частей нескольких различных животных. Этот зверь несколько ми- нут печально смотрел на нас, подергивая ушами, а затем, выпустив два огромных облака пара из своего шарообразного носа, тяжело ступая, скрылся за деревья- ми. Взрослый самец американского лося, разумеется, величественное животное, не уступающее по размерам лошади-тяжеловозу, с огромными лапчатыми рогами, похожими на гигантские листья остролиста, украшающими его голову. Позднее, весной, мы наблюдали за тем, как они пасутся вдоль берегов озер и рек, оты- скивая корни водяных лилий. Их головы вместе с рогами полностью скрываются под водой, а затем выныривают, украшенные цветками и перепутанными стеблями лилий. Американский лось. Мы продолжили свой путь и примерно через десять минут увидели двух крупных самцов оленей вапити, застывших в величественных позах возле обочины дороги, украшавшие их головы ветвистые рога походили на великолепные костяные канде- лябры. Несколько мгновений они взирали на нас с царственным пренебрежением, а затем удалились грациозной и неторопливой рысью, прокладывая себе путь через густые заросли с большой ловкостью и сноровкой, не позволяя своим массивным рогам запутаться в ветвях. Как только они скрылись, перед нами появилось це- лое стадо рыжевато-коричневых белохвостых оленей: их уши настороженно припод- няты, ноздри широко раздуваются, большие влажные глаза боязливо поглядывав ют по сторонам. Увидев нас, они замерли на месте, нервозно сбились в кучу и на- чали принюхиваться. Секунду-другую казалось, что они все-таки решатся перебе- жать дорогу перед нами, но тут один из оленей, самый слабонервный, не выдер- жав, запаниковал, и через мгновение все стадо развернулось в фонтанах снега и
умчалось прочь; их белые зады, похожие на странные мишени в форме сердечек, мелькали среди угольно-черных деревьев. Мы ехали среди замерзших пейзажей, сверкающих под ярко-голубым небом, и че- рез полчаса увидели то, что нам показалось каштаново-коричневой лавиной, про- кладывающей себе путь по узкой белой долине между двух рощ голых черных де- ревьев . Подъехав ближе, мы, к своему восторгу, обнаружили, что это маленькое стадо из шести бизонов; горбатые, косматые, они брели, тесно прижавшись друг к другу, утопая в снегу по самые лопатки и выпуская белый дымящийся шлейф го- рячего дыхания. Взрыхляя хрустящий снежный покров девственно-белой долины и оставляя после себя полосу перемешанного снега и длинные голубые тени, они и в самом деле походили на лавину из кудрявой шерсти, мускулистых плеч и бле- стящих рогов. Лесной бизон. Мы наблюдали за ними, возможно, около десяти минут, пока они не скрылись из виду, и уже собирались завести мотор, когда внезапно из чащи темных деревьев неторопливо вышел огромный старый бизон. Он лениво побрел по белому, словно праздничная скатерть, полю, и его борода раскачивалась в такт шагам, острые рога походили на изогнутые луки, широкий лоб и массивные плечи сплошь покры- вали тугие завитки темной шерсти, а от вырывавшихся из ноздрей теплых струй воздуха перед ним поднимались два кучевых облака пара. Медленно, словно оса- нистый, хорошо сложенный человек, с достоинством несущий свое внушительное тело, шествовал он по белым просторам. Снег здесь был не слишком глубоким и доходил ему только до колен. Он продолжал величественно вышагивать по засне- женной долине, пока не оказался приблизительно в двухстах ярдах от опушки ле- са. Здесь он остановился и задумался; облако пара, образовавшееся от его ды- хания , вплелось в шерсть на лбу и загривке. Затем все так же неторопливо он подогнул под себя ноги и улегся на снег. Он пролежал так некоторое время, а затем, энергично взбрыкнув ногами, перекатился на спину. Новые взбрыкивания вернули его в прежнее положение, и в течение последующих десяти минут мы име- ли редкую возможность наблюдать за тем, как бизон принимает снежные ванны — перекатывается из стороны в сторону, храпит от напряжения, от его дыхания в воздух поднимаются серебряные клубы пара, снег белыми лепешками летит во все стороны. Наконец, устав от омовения, он завалился набок и некоторое время ле- жал в такой позе, часто и тяжело дыша. Затем зверь тяжело поднялся, встрях-
нулся так, что с его густого меха поднялось облако снежинок, а потом с чувст- вом собственного достоинства последовал за стадом, где он, несомненно, был вожаком. Медленно и величественно, будто медитируя, похожий на большое темное облако, он пересек долину и исчез. Вернувшись назад, мы увидели Эластера, порозовевшего от затраченных усилий, важно вышагивающего вокруг пятифутового конического холмика снега. — Куинзи, — с гордостью пояснил он, склонив голову набок и любовно созерцая кучу снега. — Теперь вы знаете снегоступы и копать. Используя наши снегоступы, мы утрамбовали снежный холм со всех сторон, а затем прорыли в нем отверстие, похожее на маленькие церковные врата. Выгребая снег через это отверстие, мы копали все глубже и глубже, пока не освободили внутри достаточно большое пространство. Было интересно наблюдать за тем, как снег на внутренней поверхности начинает постепенно превращаться в кристаллы, образуя изолирующий слой, в то время как снаружи он оставался совершенно обычным снегом. Забравшись в куинзи, Ли обнаружила, что, хотя снаружи стоял двадцатиградусный мороз, температура внутри нашего снежного дома была на один градус выше точки замерзания — возможно, не слишком большая разница, если го- ворить о холоде, но вполне достаточная для того, чтобы спасти вашу жизнь, ес- ли вам придется заночевать в этих суровых условиях. Мы только закончили постройку куинзи, когда начали слетаться различные пти- цы посмотреть на то, чем мы занимаемся. Первой появилась стайка синиц-гаичек, хрупких маленьких птичек, таких нежных, что становилось удивительно, как им удается пережить такую суровую зиму. Они резвились между ветвями, висели вниз головой и призывно чирикали, но вскоре им стало скучно, и гаички улетели. Следом за ними прилетела группа вечерних дубоносов — красивых птиц с большими клювами в сияющем золотом и зеленовато-черном оперении, вспыхивающих среди темных сосновых ветвей, как золотистые огоньки. Они оказались значительно пугливее гаичек и вскоре поспешили укрыться в темной лесной чаще. Наша сле- дующая гостья, напротив, проявила большую смелость. Это была канадская кукша, средних размеров сойка в прелестном наряде из светло-серых и черных перьев. Она внезапно вылетела из леса и устроилась на ближайшем к нам дереве. Птичка скакала с ветки на ветку, время от времени останавливаясь, чтобы посмотреть на нас, склонив голову набок, что придавало ей поразительное сходство с Бла- стером. Кукши неразрывно связывают людей с едой, что и делает их самыми сме- лыми из лесных птиц. Пошарив в карманах, мы извлекли на свет остатки печенья и горсть арахисовых орехов. Мы предложили это угощение сойке, и, к нашему восторгу, она достаточно уверенно слетела вниз и, усевшись на пальцы, напиха- ла себе полный клюв лакомых кусочков. Затем она отлетала и делала нечто со- вершенно необычайное: найдя подходящую ветку, птица прикрепляла к ней кусочки еды, используя в качестве клея свою необычайно липкую слюну. Таким образом она собрала все угощение, которое мы ей могли предложить, сделав семь или во- семь кладовых на различных деревьях — запасы на будущее. Казалось, птичка бы- ла немного расстроена, когда наше угощение, в конце концов, закончилось, но к этому моменту она, по нашей оценке, запасла уже столько еды, что ее хватило бы десяти сойкам на неделю. Когда мы вернулись, день уже клонился к вечеру, и Эластер горел нетерпением снять сцену ловли сов на удочку. Боб снабдил нас удочкой для ловли нахлыстом и двумя чучелами мышек, предназначавшимися для наживки. Мы все торжественно прошествовали к замерзшему озеру и вышли на лед. Здесь Боб преподал мне крат- кий урок заброса, поскольку я раньше никогда не пробовал ловить нахлыстом. Он несколько раз продемонстрировал мне, какое движение должна совершать кисть при раскручивании лески, заставляя мышь с легкостью перышка опускаться на лед футах в тридцати от нас. Вся эта процедура показалась мне необычайно простой, и я не мог понять, почему рыбаки, увлеченные ловлей нахлыстом, поднимают
столько шума из-за техники заброса. Уверенно сжав в руках удилище, я направил его в небо и сделал, как мне показалось, безупречный заброс. К несчастью, проклятая леска, вместо того чтобы спокойно размотаться и опустить мышь на лед, по какой-то причине повела себя как хлыст, в результате чего мышка разломилась надвое, и половина ее улетела на другой берег озера, оставив меня лишь с головой и передними лапами, все еще болтающимися на конце лески. — Милый, — сказала Пола, когда, наконец, перестала смеяться, — ты ведь зна- ешь, что наш бюджет не позволяет бесконечно снабжать тебя мышами. — Хорошо, что у нас есть запасная, — порадовался Эластер. — Пожалуй, мне лучше сначала немного попрактиковаться с оставшейся половин- кой , — сказал я. — Мне не хотелось бы испортить последнюю мышь. — Я думаю, если бы зрители увидели этот эпизод, они сказали бы, что роль оказалась мышке не по силам, — пошутил Эластер и зашелся хохотом, в восторге от собственного остроумия. Я молча проигнорировал его вульгарную шутку и удалился в тихий уголок на берегу озера, чтобы поупражняться со своей полумышью. Как только я приобрел достаточный навык в искусстве заброса, мы насадили в качестве приманки целую мышку и начали съемки. Нет нужды говорить, что ни одна сова и не подумала появиться поблизости от нас. В эту ночь, нашу последнюю в Райдинг-Маунтин, мы снова стали свидетелями удивительного зрелища, которое продемонстрировало нам северное сияние, и в течение двух или трех часов, лежа в кровати, мы наблюдали за тем, как в небе над нами формируются ленты, свитки, рифленые занавеси, переливавшиеся пас- тельными оттенками, так, словно внутри их полыхает пламя, сливаясь, разделя- ясь, исчезая, появляясь вновь в нескончаемом и неповторимом красочном пред- ставлении. Это было такое удивительное и прекрасное зрелище, что возникало желание иметь возможность изобразить его на картине, хотя вы прекрасно пони- мали, что живописное полотно никогда не сумеет передать волшебной элегантно- сти горящих на небе узоров. Я чувствовал, что ради одного лишь северного сия- ния стоит переносить суровую канадскую зиму. В следующий раз мы приехали в Канаду летом, когда окружающий пейзаж имел совершенно иной вид — деревья были одеты листвой, и повсюду росли цветы. Це- лью нашего визита был Банф — один из главных национальных парков Канады, рас- положенный в самом сердце Скалистых гор, где можно увидеть некоторые самые живописные пейзажи нашей планеты. Горные хребты следовали друг за другом, словно гигантские штормовые волны, застывшие в камне. Сосновые леса, похожие на зеленую шерсть, карабкались вверх по их склонам, а сияющие на вершинах снега здесь и там дополняли неподвижные ледники, похожие на расплавленный воск, застывший на свече. Парк был поистине волшебным местом, поскольку каж- дый раз за поворотом дороги необычайно эффектный и красивый горный пейзаж ра- довал ваш взор, и вам казалось, что это, должно быть, самый живописный вид во всем парке, но тут же, за следующим поворотом, доказывая вашу ошибку, перед вами представало еще более величественное зрелище. Местами горы поднимались так круто, что лес рос только у их подножий, но зато на каждом коричневом или бежевом пике лежал снег, так тщательно покрывавший все уступы и ложбины, что казалось, будто это накрахмаленные, безупречно белые салфетки, аккуратно раз- ложенные на одиноких камнях. Остановившись на обочине, чтобы немного передохнуть, мы обнаружили под де- ревьями россыпи ягод дикой земляники, сверкавших, как маленькие фонарики сре- ди темных листов, и тут же с жадностью на нее набросились. Известно, что оби- тающие в парке гризли и черный медведь барибал тоже весьма неравнодушны к землянике, и, если вы оказались в глухом лесу, надо все время быть настороже, иначе можете обнаружить, что собираете землянику на одной поляне с гризли.
Два огромных горных гребня, похожих на острие топора, поднимались к небу прямо над нами, а между ними лежала овальная долина, покрытая нефритово- зеленой растительностью. На этой зеленой поверхности местами виднелись ма- ленькие белые точки, принятые мной поначалу за островки снега, но когда одна из точек задвигалась, мне стало ясно, что передо мной маленькая группа живот- ных, с которыми я давно хотел повстречаться, — снежная коза Скалистых гор. Название не должно вводить вас в заблуждение. Снежная коза Скалистых гор — королева всех горных козлов (на английском это животное — козел, и поэтому называют его королем. В нашей литературе их называют козами, очевидно, пото- му, что самки имеют приоритет над самцами); со своей мягкой белой шерстью, нежнее, чем кашемир, черными изящными копытами, рогами, глазами и мордой, они истинные аристократки среди зверей. В отличие от других обитающих в горах ко- пытных животных, в их движениях нет торопливости и нервозности, напротив, они отличаются неторопливым спокойствием и уверенностью. Они уверены в себе до такой степени, что однажды мы видели, как коза пыталась перепрыгнуть через глубокую расщелину с одного узкого уступа на другой, до которого оказалось слишком далеко. Вместо того чтобы сорваться и упасть в пропасть, как случи- лось бы с любым другим животным на его месте, коза, осознав свою ошибку, пе- регруппировалась в воздухе, ударилась о поверхность скалы всеми четырьмя ко- пытами и, сделав сальто назад, благополучно приземлилась на том же уступе, с которого начала свой полет. Снежная коза. У них почти отсутствуют естественные враги, а с теми, которые имеются, им, судя по всему, вполне по силам справиться. Одна снежная коза, окруженная охотничьими собаками, заколола двоих из них рогами, третью скинула в про- пасть , а когда остальная свора испугалась и отступила, коза, как ни в чем не бывало, пошла дальше своей дорогой. В другой раз нашли снежную козу, задран- ную медведем гризли. Однако неподалеку от жертвы нашли и мертвого гризли с двумя проникающими колотыми ранами возле самого сердца. Очевидно, ему хватило сил только на то, чтобы убить козу, прежде чем самому умереть от смертельных ран, нанесенных ему острыми, как кинжалы, рогами. Некоторое время мы наблюда- ли в бинокли за тем, как они пасутся на зеленом лугу, но не увидели никаких волнующих эпизодов, связанных с гризли. Козы мирно пощипывали травку, время
от времени делая паузу, чтобы посмотреть по сторонам, и их вытянутые, серьез- ные, бледные морды придавали им строгий, респектабельный вид, отчего они по- ходили на группу викариев в белых меховых шубах. В одном из эпизодов своего фильма мы хотели показать летнюю активность пи- щухи — удивительных маленьких грызунов, обитающих на альпийских лугах. Эти крохотные создания не впадают в зимнюю спячку наподобие многих других живущих в горах животных, например, таких, как толстый сурок. Вместо этого они стали фермерами и в течение летних месяцев усердно собирают траву и листья, склады- вая их в стожки для просушки на солнце. Когда одна сторона достаточно просох- нет, пищуха осторожно переворачивает стожок, чтобы весь собранный провиант получил свою долю солнечного света. Эти просохшие стожки убираются в укромные места, и в течение зимних месяцев они служат кладовыми пищух, без которых жи- вотные погибли бы от голода, в то время когда долины покрыты слоем снега. При первых признаках дождя пищухи перемещают стожки в укрытие и снова вытаскивают их на солнце, когда буря минует. Воротничковая пищуха. Как сказал Джефф Холройд — молодой человек, исполнявший роль нашего местно- го проводника, — лучшее место, где можно наблюдать пищух во время заготовки провианта, находится на альпийском лугу, примерно в двадцати милях от того отеля, где мы остановились. Итак, рано утром мы тронулись в путь. Добравшись до подножия горного хребта, мы оставили машину и начали двухмильное восхожде- ние по почти вертикальному склону, поросшему сосной и лиственницей. Мы сразу же услышали странные свистящие звуки, доносящиеся до нас со всех сторон, ко- торые приняли поначалу за голоса каких-то птиц, судя по всему, в изобилии на- селяющих местные леса. Однако чуть позже мы вышли на небольшую поляну и уви- дели сидящего перед своей норкой музыканта, издававшего эти звенящие, похожие на пение флейты звуки, — жирного суслика, одетого в элегантный костюм из ры- жевато-красного и серого меха. Зверек сидел прямо, словно часовой, у входа в свой дом, и его грудка вздымалась и опадала, когда он издавал свой мелодичный сигнал опасности. Его большие влажные глаза смотрели на нас с пристальным, слегка глуповатым выражением, типичным для большинства сусликов, а маленькие лапки дрожали от вокальных усилий. Как оказалось, он не слишком нас боялся, поскольку позволил Ли приблизиться к себе где-то на пять футов, прежде чем скрылся в своей норе. Это был колумбийский суслик, и, как объяснил нам Джефф,
в горах различные виды сусликов обитают на различных уровнях, так что, грубо говоря, по их виду можно определить, на какую высоту вы забрались. По мере того как мы поднимались выше в гору, заросли лиственницы и сосны постепенно редели, и у верхней границы леса, там, где начинают доминировать невысокие полярные растения, под воздействием пронизывающего зимнего ветра, несущего с собой острые как нож льдинки, сосны и лиственницы превращались в искривленные карликовые деревья, похожие на японские бонсаи. Здесь и там сре- ди этих мини-деревьев вспыхивали желтые, томатно-розовые и ярко-красные пят- на, там росла ястребинка золотистая — изящное, красивое растение со стеблями и листьями, покрытыми облачком тонких волосков. Такое волосяное покрытие мож- но встретить на многих альпийских растениях, и хотите верьте — хотите нет, оно защищает их в течение по меньшей мере девятимесячного периода от пронизы- вающих холодов так же, как толстая шкура медведя гризли защищает его тело. Но вот деревья закончились совсем, и перед нами раскинулась долина с такой сочной ярко-зеленой травой, что перед ее цветом поблекла бы россыпь изумру- дов . На склонах окружающих долину гор были видны шрамы от старых лавин, но сам луг остался нетронутым. Здесь густая зеленая трава росла вперемешку с альпийскими растениями — ярко-желтой лапчаткой, желтым вереском, изящным пур- пурным астрагалом, белой песчанкой и ярко-розовыми, подушечками смолевки бес- стебельной. Через центр долины бежал ручей, журча и поблескивая на солнце ме- жду куч серых камней, сложенных так живописно, что казалось, будто вся долина является законченным произведением некоего альпийского Кейпабилити Брауна. Внезапно наше внимание привлек пронзительный свист, отразившийся эхом от окружающих холмов. На куче камней лениво развалился на солнце жирный коричне- вый сурок с длинным шерстистым хвостом, похожий на гигантскую морскую свинку. Думаю, он подал сигнал тревоги скорее по привычке, поскольку, как казалось, его не слишком беспокоило наше присутствие. И действительно, после того как мы постояли рядом несколько минут, он позволил мне приблизиться, почесать его толстую шею и потрогать усы. Испытываешь удивительное, волшебное чувство, ко- гда находишься в таком месте, где животные смотрят на тебя как на друга и по- зволяют , пусть ненадолго, проникнуть в свою жизнь. Лежавшая перед нами долина была разделена на две части — верхнюю и нижнюю, и граница между ними проходила по крутому склону, усеянному беспорядочно на- валенными валунами. Далее возвышался пустынный горный склон, покрытый остро- угольными обломками скал, собранными в кучи прошедшими лавинами. Огромные камни украшали окаменелые ракушки и кораллы — свидетельства того, что в неза- памятные времена они формировали дно древнего моря, которое в результате ка- тастрофических подвижек земной коры было поднято на высоту этой отдаленной горной долины. Именно здесь, под шаткой стеной из инкрустированных ископаемы- ми ракушками валунов, мы увидели первую пищуху. Вероятно, она уже давно сиде- ла среди камней, наблюдая за нами, но, поскольку пепельно-серая шкурка позво- ляет пищухе полностью сливаться с окружением, ее почти невозможно заметить в неподвижном состоянии. Размером примерно с морскую свинку, она имела мордоч- ку, чем-то похожую на кроличью, но ее глаза были более крупными и темными, а уши маленькими и круглыми, в форме монеты. Хвост у нее практически отсутство- вал, а шерсть была блестящей, как атлас. Увидев нас, пищуха издала резкий, беспокойный крик и, сделав несколько прыжков, исчезла между камней. Обследо- вав ближайшие окрестности, мы вскоре обнаружили несколько стожков около двух футов в диаметре и высотой около двенадцати дюймов. В верхней части большин- ства стожков лежали свежие трава и листья, из чего можно было сделать вывод, что у пищух заготовка кормов на зиму все еще продолжается. Любопытно отме- тить , что в нижней долине пищухи были очень пугливы и показывали себя лишь во время быстрых перебежек из одной расщелины в другую. Однако, поднявшись в верхнюю долину, мы встретили там необычайно добродушную и очаровательную пи-
щуху, которая была слишком поглощена своей работой, чтобы обращать на нас ка- кое-то внимание. Здесь ручей проложил себе русло в толстом слое вязкого зеле- ного дерна, украшенного цветами; он вился и петлял по долине, словно сплетен- ная из травы коса. В самом центре гладкой, как бильярдный стол, поляны сидела маленькая толстая пищуха, деловито перекусывая травинки и складывая их себе в рот. В конце концов, когда ее челюсти уже не могли удержать большее количест- во травы, она помчалась к дому и расположенным поблизости стожкам, и при этом казалось, что по бокам мордочки у нее свисают зеленые моржовые усы, придавав- шие ей несообразный вид. Мы последовали за пищухой по каменистой осыпи и об- наружили ее дом под гигантским камнем, размером с небольшой автомобиль, а ря- дом находились два готовых стожка сена и третий, пока еще не завершенный. Пи- щуха была так увлечена своей хозяйственной деятельностью, что, когда я уселся на камень в трех футах от ее стожков, она не сделала даже короткой паузы в своей серьезной работе. Уложив принесенную траву на стог и примяв ее своими лапками, она тут же помчалась назад, к зеленой поляне, подпрыгивая, словно резиновый мячик. Там она вновь набила полный рот травой и вернулась к тому месту, где я сидел. В нескольких футах от меня она остановилась, пристально посмотрела в мою сторону темными глазами поверх чудовищных зеленых усов, а затем спокойно подошла к стогу и, добавив к нему свою ношу, аккуратно утрам- бовала ее сверху. Любопытно, что, когда пищухи нижней долины издавали свой пронзительный, свистящий сигнал тревоги, наша пищуха останавливалась и сви- стела им в ответ, даже несмотря на то, что в некоторых случаях она находилась так близко от меня и я мог потрогать ее рукой. Тот факт, что поблизости тол- пятся люди, снимая и записывая каждое ее движение или звук, она воспринимала с абсолютным хладнокровием, игнорируя наше присутствие и продолжая выполнять намеченную по плану работу, словно от этого зависела ее жизнь — что, в общем- то, соответствовало действительности. Она немного забеспокоилась лишь после того, когда мы запустили воздушных змеев, которые у ее сородичей в нижней до- лине вызвали свистящую истерику. Как-то, в ходе своих научных изысканий, Эластер наткнулся на описание экс- перимента, проведенного Конрадом Лоренцем с утятами. Он сделал большой кар- тонный силуэт летящего гуся и провел его в небе над утятами, что оставило их совершенно равнодушными. Однако после того, как силуэт был перевернут, то есть пролетел по небу в обратном направлении, реакция утят резко изменилась. Силуэт приобрел сходство с летящим ястребом: вытянутая гусиная шея и голова превратились в длинный ястребиный хвост, а хвост гуся стал маленькой закруг- ленной головой хищника. Эластер загорелся идеей запустить воздушных змеев, чтобы посмотреть, какое воздействие они окажут на пищух, и, посетив магазин в китайском квартале Торонто, он приобрел двух элегантных воздушных змеев в ви- де ястребов. Как только мы подняли в небо этих двух красавцев, среди диких обитателей долины началась невообразимая суматоха. Сурки осыпали их громкими ругательствами, у пищух нижней долины, судя по всему, случилось коллективное нервное расстройство, а четыре куропатки, которые неторопливо прогуливались, размышляя о своих делах, опрометью бросились к камням и скрылись из виду, просто присев рядом с ними. Но наша пищуха, хотя она и посматривала на бумаж- ных ястребов с некоторой тревогой, оказалась таким фанатичным фермером, что не позволила их присутствию повлиять на ход работ по заготовке сена. Она лишь время от времени делала паузу и издавала приглушенный свист сквозь зеленые усы. Однажды, когда тень ястреба заскользила по зеленой траве в ее направле- нии, она нырнула в укрытие, но вскоре появилась вновь и продолжала свою рабо- ту. Я думаю, среди всех замечательных мест, которые мне довелось посетить в Канаде, альпийские луга Камаски в те дни, когда мы запускали там воздушных змеев, произвели на меня самое неизгладимое впечатление. Пьянящий воздух, ос- лепительное солнце, отбрасывающее голубые тени на склоны горы с рубцами от
сошедших лавин, яркость красок, кристальная чистота маленьких ручьев порожда- ли в душе удивительное спокойствие и умиротворенность. Это был один из тех волшебных уголков земли, ще хочется поселиться навеки. Серия шестая Канадские леса, конечно же, весьма живописны, но английские лесные просторы могут быть не менее интересными и красивыми и столь же полными жизни. Чтобы показать тонкую красоту лиственного леса в зимнюю и весеннюю пору, мы выбрали обширный лесной массив Нью-Форест в Хэмпшире. Определение «нью» (новый) здесь не слишком подходит, поскольку лес был посажен еще Вильгельмом Завоевателем в 1079 году, так что в действительности эта огромная шелестящая полоса деревьев существует уже почти тысячу лет. Для меня этот выбор оказался на редкость удачным, поскольку в течение нескольких лет я жил неподалеку от этого леса и со своей богатой флорой и фауной он стал для меня любимым местом для охот- ничьих вылазок. В наши дни лес занимает площадь около тридцати восьми тысяч гектаров, или восьмидесяти тысяч акров. Большую его часть занимает редколесье, но здесь встречаются и древние чащи, зеленые луга, вересковые пустоши и заросли кус- тарников . Первоначально лес был создан как охотничьи угодья для членов коро- левского семейства, хотя местные жители имели право (сохранившееся по сей день) пасти свиней, коров, лошадей и прочую живность во всем лесу, за исклю- чением специально огороженных участков, где молодые деревца были защищены от пагубного для них внимания оленей и домашних животных. Хотя в наши дни лес уже не служит местом королевской охоты, благодаря своей исторической значимо- сти и ввиду того, что в нем обитает большое количество редких видов животных, он получил статус национального природного заповедника. Нашим проводником по этому восхитительному уголку живой природы, одному из красивейших в Европе, стал Саймон Дэви, высокий, красивый молодой человек, большой энтузиаст, знав- ший лес как свои пять пальцев. Вполне естественно, Джонатан хотел разместиться как можно ближе к лесу, по- скольку ничто так не раздражает и не отнимает драгоценного времени, как необ- ходимость каждое утро около часа добираться до места назначения. Тут нам по- везло, так как Джонатану удалось обнаружить гостиницу «Брэмбл Хилл», располо- женную непосредственно в лесу. А вот счел ли добрый, но неудачливый хозяин гостиницы капитан Проуз, что ему повезло заполучить к себе таких постояльцев, как мы, сказать трудно. Должно быть, мы стали для него настоящим испытанием, и ко времени нашего отъезда он наверняка пришел к выводу, что все съемочные группы если и не представляют опасности для общества, то по эксцентричности своего поведения они намного превосходят деревенских дурачков. Несомненно, наше прибытие и инцидент с покрывалом послужили тому хорошим началом. По какой-то причине на этот раз Джонатан решил проявить трогательную заботу о главных героях и перед нашим прибытием счел своим долгом подняться в наш номер и убедиться в том, что его обстановка подходит для кинозвезд. Почему он вообще решил, что в гостинице с безупречными условиями содержания что-то мо- жет быть не в порядке, я не представляю. Как бы то ни было, он обнаружил там двуспальную кровать, застеленную покрывалом, которое хотя и имело несколько безвкусную расцветку, но в принципе не содержало в себе ничего оскорбительно- го. Но Джонатан внезапно пришел к убеждению, что, глядя на этот предмет ком- натного убранства, мы с Ли преисполнимся таким гневом, какой можно было бы ожидать от покойного лорда Кларка, если бы он увидел граффити на стенах Шартрского собора. Сорвав возмутительное покрывало с кровати, он запихнул его в шкаф. Убедившись таким образом, что наше тонкое эстетические чувство теперь
не пострадает, он отправился нас встречать. Пока Джонатан был занят этим от- ветственным делом, капитан Проуз — чье всевидящее око присутствовало повсюду — отправился лично проверить наши номера. Увидев кровать, так сказать, обна- женной, он принялся за поиски покрывала и успокоился лишь после того, как вернул его на законное место. Когда мы прибыли в гостиницу, Джонатан, все еще страдающий от приступа заботы о героях, который так редко поражает режиссе- ров, взяв часть нашего багажа, первым поднялся в номер и увидел, что непри- стойное покрывало по-прежнему украшает кровать. Со стоном отчаяния он схватил покрывало и снова запрятал его в шкаф. Он едва успел это сделать, когда мы с Ли вошли в номер в сопровождении капитана Проуза. Орлиный взгляд капитана об- вел комнату и остановился на кровати. На его лице появилось выражение полного недоумения. — Позвольте, а где же покрывало? — поинтересовался он. Вопрос был чисто ри- торическим , но Джонатан решил, что ему следует на него ответить. — Покрывало? — прохрипел он. — Да, — коротко ответил капитан Проуз, — на этой кровати было покрывало. Я сам его постелил. Кто-то по непонятной мне причине убрал его в шкаф. Интерес- но, где оно теперь? — В шкафу, — тихо произнес Джонатан. — В шкафу? — переспросил капитан. — Опять? — Да, — подтвердил Джонатан. — А откуда вы это знаете? — спросил капитан. — Я сам его туда положил, — ответил Джонатан тоном человека, признающегося в детоубийстве. — Вы положили его туда? — изумился капитан. — Да, — вымолвил Джонатан. — Не вы ли положили его туда и в первый раз? — Как человек военный, капитан Проуз любил во все вносить полную ясность. — Да, — признался Джонатан. — Почему? — спросил капитан со зловещим спокойствием. Последовала долгая пауза, в течение которой мы все смотрели на Джонатана, и ему удалось залиться таким густым румянцем, что его цветом мог бы гордиться любой уважающий себя гелиотроп. — Я подумал, что им оно не понравится, — сказал он, наконец, таким образом свалив вину на меня и мою бедную, ни в чем не повинную жену. Однако капитана, имевшего немалый опыт общения с безалаберными рекрутами, у которых всегда есть наготове запас убедительных историй, оправдывающих их самовольную отлуч- ку, нельзя было сбить с толку подобной уверткой. — Я уверен, — произнес он ледяным тоном, — что если бы мистеру и миссис Даррелл чем-то не понравилось покрывало, то они сообщили бы мне об этом, а не попросили бы вас спрятать его в шкафу. Кроме того, у меня нет никаких сомне- ний в том, что мистер и миссис Даррелл вполне способны принять собственное решение относительно того, нравится ли им их покрывало, и высказать свое мне- ние непосредственно мне, без участия третьей стороны. На этом он сделал легкий поклон вышел из номера — как раз вовремя, посколь- ку мы с Ли в ту же секунду, корчась от смеха, повалились на непокрытую по- стель . Стояла середина осени, и лес, куда мы рано утром вышли на работу, выглядел великолепно. Часть его все еще переливалась золотисто-зелеными красками, но в других частях леса листья медленно умирали, и огромные деревья стояли в жел- то-золотистом, коричневато-желтом и огненно-рыжем наряде в первых лучах ут- реннего солнца, и тонкие пряди тумана извивались между ветвями, словно хвосты воздушных змеев. Воздух был достаточно холодным, чтобы увидеть собственное дыхание, и на всех окружающих растениях сияли крохотные капельки росы. Ма-
ленькие ручейки блестели на солнце и скрытно перешептывались между высокими берегами черной и ароматной, как рождественский пирог, земли, прокладывая свой извилистый путь через кафедральные нефы гигантских дубов и буков. Теперь, когда в воздухе стояла сырость, а землю покрывал толстый, влажный слой опавших листьев, пришла пора грибов, и они в изобилии росли повсюду. Своим необычным внешним видом они походили на фантастических обитателей дру- гой планеты. Казалось, что разнообразие их форм и цветов бесконечно. Грибы розовые, как сахарная глазурь, грибы серые и шелковистые, как шкурка морского котика, грибы с загнутыми вверх шляпками, демонстрирующие свои пластинки, по- хожие на растрепанные книжные страницы или напоминающие зонтики, вывернутые наизнанку ветром; некоторые из них походили на элегантные зонтики от солнца, некоторые — на китайские шляпы, другие располагались группами, как столики, выставленные перед французским кафе, или сбегали водопадами по коре деревьев. Здесь встречались грибы, имеющие сходство с кусками коралла или лентами апельсиновой кожуры; серные натеки на деревьях, желтые, как канарейки; грибы- зонтики бледных карамельных оттенков с чешуйками на шляпках, напоминающими кровельную черепицу, или светло-коричневая фол йота, у которой чешуйки похожи на ворсинки шерсти. А какие у них удивительные названия! Очевидно, те ученые, которые собирают и классифицируют грибы, имеют в душе поэтическую жилку и дают им такие назва- ния, как Лохматый Чернильный Колпак, Парик Судьи, Рыдающая Вдова, Грошовая Булочка, Скользкий Джек и Седло Дэйрада. Вы можете найти притаившийся среди деревьев Лаковый Колпак Смерти и желтовато-белый Ангел Смерти, чья неровная шляпка напоминает крылья ангела с могильного надгробия. Нам попадались огром- ные, плоские, как тарелки, печеночные грибы, настолько крепко приросшие к стволам деревьев, что на них можно сидеть, как на раскладном стуле, не опаса- ясь упасть. Мы встречали круглые и мягкие грибы-дождевики, при легком прикос- новении пальцем выпускавшие клубы мельчайших спор, и после этого бесшумного взрыва будущие поколения грибов дрейфовали над лесным ковром тонкими струйка- ми дыма. На одной отдаленной поляне мы наткнулись на останки огромного дуба, судя по всему, прожившего не одно столетие, — его ствол был не меньше десяти футов в диаметре. Этот огромный труп, должно быть, разлагался уже достаточно долго и с течением времени превратился из обычного древесного ствола в бога- тейший грибной сад. Все эти группы, консорциумы, ряды, батальоны, гроздья и караван-сараи составляли самую богатую коллекцию разнообразных грибов, виден- ную мною с тех пор, как много лет назад мне довелось посетить лес в Нюйю в Северной Аргентине. На самом деле, в своем невежестве я думал, что только в тропических лесах можно встретить такое разнообразие видов на столь маленькой площади. Но из всех увиденных нами грибов больше всех завладел моим воображением обычный мухомор, чьи алые блюдца освещали лесной сумрак под ветвями деревьев. Этот яркий гриб, навязчивый, как звук трубы, является ядовитым, и об этом из- вестно еще со времен Средневековья, когда хорошие хозяйки травили с его помо- щью мух, расставляя на кухне или в маслобойне блюдца с молоком и добавленными туда кусочками гриба. Содержащиеся в нем ядовитые вещества вызывают каталеп- тическое состояние, сопровождающееся конвульсиями и своеобразной формой ин- токсикации. Любопытно отметить, что северные олени обожают эти грибы, отно- сясь к ним примерно так же, как мы отнеслись бы к бутылке виски или джина, найденной в лесу под деревом, и с сожалением вынужден констатировать, что, когда мухоморы появляются, они не упускают случая себя одурманить. Саамы, на- блюдавшие за тем, как олени едят грибы, и, вероятно, позавидовав их прискорб- ному состоянию, вызванному интоксикацией, экспериментальным путем установили два интересных факта. Чтобы получить желаемый эффект, нужно проглотить кусо- чек мухомора, не разжевывая его. Они также выяснили — лучше не думать как, —
что если выпить мочу человека, находящегося под одурманивающим воздействием мухомора, то этот своеобразный продукт «перегонки» вызовет у вас точно такое же состояние. Однако когда саамы страдают от сильнейшего похмелья, они, ко- нечно же, во всем обвиняют оленей. В то время как для нас лес был полон очарования, Джонатану он казался не- примиримым врагом, который своим переменчивым настроением все время пытается вывести его из себя. Если ему требовалось солнце, небо было затянуто облака- ми; если он хотел облаков, светило яркое солнце; если ему нужен был дождь, стояла кристально ясная погода, и наоборот. Как казалось нам, лес делал все возможное, чтобы продемонстрировать все свои красоты. На взгляд Джонатана, он вел себя как жестокая, капризная кокетка в платье из разноцветных листьев. Кстати, именно проблема с листьями чуть не довела его до апоплексического удара. Джонатана не устраивало огромное количество опавших листьев на земле и не меньшее их количество, все еще остававшееся на деревьях и ожидающее своей очереди упасть. Он хотел снять на пленку листопад. Но лес здесь снова проде- монстрировал свою капризную и сводящую с ума женскую натуру. Он обеспечил его огромными кучами опавшей листвы и вершинами деревьев, переливающихся зелено- вато-золотистыми, красновато-коричневыми и бронзовыми листьями, не позволяя ни одному из них упасть на землю — по крайней мере перед камерой. Всякий раз, когда камера была надежно упакована, листья начинали падать бесконечными ба- тальонами, но как только ее устанавливали снова, листья прочно приклеивались к ветвям. Мы уже начинали опасаться за рассудок Джонатана, и вот настал день, когда у нас появилась серьезная причина признать его сумасшедшим. — Я придумал! — крикнул он Поле. — Придумал! — что ТЬ1 придумал, милый? — осторожно спросила Пола, заметив сумасшедший блеск в его глазах. — Полиэтиленовые мешки, — с триумфом провозгласил Джонатан. — Ты должна от- правиться в город и купить мне несколько огромных, бездонных полиэтиленовых мешков. — Конечно, милый, — мягко сказала Пола, — Все, что ты захочешь, но зачем? — Листья, — ответил Джонатан. Мы все посмотрели на него. Пена на губах у него еще не выступила, поэтому мы решили все обратить в шутку. — А какую связь имеют листья с полиэтиленовыми мешками? — спросил я без всякой надежды получить осмысленный ответ, в чем, увы, не ошибся. — Мы соберем листья в мешки и принесем их в гостиницу, — сказал Джонатан. — А что мы будем с ними делать после того, как принесем в гостиницу? — спросила заинтригованная Ли. — Высушим. — Высушим? — Да, высушим, а затем возьмем лестницу, заберемся на дерево и будем ссы- пать их вниз, — сказал Джонатан. — Таким образом я наконец сумею снять кадры осеннего листопада. Естественно, этот наполеоновский план послужил причиной нового конфликта с многострадальным капитаном Проузом. Полу отправили в ближайшую деревню, и она вернулась с четырьмя огромными траурно-черными полиэтиленовыми мешками. Под- гоняемые Джонатаном, который от возбуждения был близок к состоянию исступле- ния, мы набили их сырыми листьями и вернулись в гостиницу «Брэмбл Хилл» с та- ким количеством потенциального перегноя, которого вполне могло хватить на ну- жды крупнейших ботанических садов мира. Мы сложили эти щедрые дары в фойе гостиницы, и Джонатан отправился на поиски капитана Проуза. Когда они верну- лись , он показал капитану на четыре огромных пластиковых мешка, которые своей формой, причудливо искаженной содержимым, походили на злобных гигантских слизней из далекого космоса.
— Я хочу, чтобы вы помогли мне вот с этим, — просто сказал Джонатан. Капи- тан с опаской осмотрел мешки. — С этим? — в некотором замешательстве спросил он. — Вам нужна моя помощь? — Да, — подтвердил Джонатан. — А что это? — поинтересовался капитан. — Листья, — ответил Джонатан. — Листья? Какие листья? — растерянно спросил капитан. Ничего подобного с ним раньше не случалась. — Осенние листья, — с триумфом объявил Джонатан. — Мы набрали их в лесу. Капитан Проуз выглядел ошеломленным. Прежний жизненный опыт не подготовил его к тому, как вести себя с постояльцем, внезапно предъявляющим четыре пла- стиковых мешка, доверху набитых осенними листьями, и требующим от него помо- щи. — Понимаю, — выдавил он, облизнув губы. — И что вы намерены с ними делать? — Высушить их, — ответил Джонатан, удивленный тем, что капитан сам не может прийти к такому очевидному выводу. — Высушить их? — удивился капитан. — Высушить? — Ну да, они ведь влажные, — объяснил Джонатан. — Но почему вы хотите их высушить? — невольно поинтересовался капитан. — Потому что мокрые они не будут падать, — ответил Джонатан, теряя терпение от непонятливости капитана. — Но они уже упали, — заметил капитан. — Я знаю, — окончательно вышел из себя Джонатан. — Именно поэтому они и стали влажными, и именно поэтому мы хотим их высушить. К счастью, в этот момент вернулась Пола, которая выходила, чтобы совершить один из многочисленных телефонных звонков. Она с одного взгляда оценила си- туацию . — Капитан Проуз, сейчас я все вам объясню. Я уверена, вы не откажетесь нам помочь, если это вообще возможно, — произнесла она, широко улыбаясь и включив все пять тысяч ватт своего обаяния. — Я был бы рад, если бы вы внесли хоть какую-то ясность, — сказал капитан. Просто и последовательно Пола изложила ему драматическую историю с падающи- ми листьями. С самого начала капитан Проуз любезно предоставил в наше распо- ряжение комнату (помимо наших спален), где мы могли проводить обсуждения сце- нария и хранить съемочную аппаратуру. Это была довольно странная комната на первом этаже, похожая на викторианскую оранжерею. И вот теперь Пола просто спросила, нельзя ли нам заодно высушить в этой комнате добрую половину Нью- Фореста. Если капитан не попросил нас в тот же момент оставить его гостиницу, то исключительно благодаря своему природному добродушию и твердой хватке хо- зяина. Вместо этого он дал нам большую кипу старых номеров «Тайме», чтобы мы разложили на газетах наши драгоценные листья, а также огромную электрическую печь, примерно 1935 года выпуска, для их просушки. Вскоре печь выбрасывала потоки тепла, как настоящая домна, листья были разложены на старых газетах, занимая полкомнаты, а Джонатан, тихонько напевая, любовно перебирал их паль- цами. Все остальные потягивали виски в дружеском кругу и наблюдали за ним. — Это похоже на постановку пантомимы в сельском клубе, — заметил Крис. — Например, «Младенцы в лесу». — Нет, нет, — сказал я тоном знатока. — Харрис слишком стар для младенца. Это скорее «Буря». Там есть старик Калибан, мечущийся в своем духовном узили- ще . — Можете смеяться сколько хотите, — холодно прервал нас Джонатан, продолжая ворошить листья, — но посмотрим, что вы скажете, когда настоящие осенние ли- стья дождем посыплются с деревьев. Через два дня, когда листья высохли, мы с благоговением отнесли их в лес.
Вместе с ними в лес была торжественно доставлена лестница, и, повинуясь ука- заниям Джонатана, мы приставили ее к стволу могучего дуба. Брайану, который не занимался звукозаписью при съемках этой сцены, было поручено подняться по лестнице с полным мешком листьев, проползти по ветвям чуть в сторону и начать разбрасывать листья, изображая из себя мать-природу, и он послушно выполнил данное ему указание. — Разбрасывай их более естественно, — то и дело кричал Джонатан. — Как я могу разбрасывать их естественно из пластикового мешка? — раздра- женно отзывался Брайан со своего шаткого насеста. — Рассыпай их аккуратно, — поучал Джонатан, — а не швыряй комками. — Должен сказать, вы, ребята, умеете создавать для себя проблемы, — заметил Саймон. — Не жалеем ни трудов, ни затрат, — сказал я. — Но это еще пустяки. Вот Эрик фон Штрохейм, снимая один из своих фильмов, распорядился прикрепить к веткам тридцать пять тысяч цветков миндаля, поскольку съемки проводились зи- мой и деревья стояли голые. — Ну и ну! Наверное, это обошлось ему недешево? — спросил Саймон. — Еще бы, — ответил я, — очень недешево. Кстати, Харрис его родственник, и поэтому он придумал эту затею с листьями. — В самом деле? — заинтересовался Саймон. — Так оно и есть. Его настоящее имя — Харрис фон Штрохейм, но он сменил фа- милию. — Так, значит, вот чем объясняется его пристрастие к листьям? — спросил Саймон. — Ну да, ведь с нашим бюджетом мы не можем себе позволить цветки миндаля, — ответил я. Как я уже говорил, Джонатан был твердо уверен в том, что Нью-Форест не же- лает с ним сотрудничать. Он умышленно выращивал грибы в тенистых уголках, где не хватало освещенности для съемок. Он отказывался сбрасывать листья, он скрывался за завесой дождя, он укутывался туманом, он во всем проявлял боль- шое упрямство. И, наконец, последней каплей стала история с галлами. Каждое дерево в лесу представляет собой маленькую экосистему. Само дерево, регулируя температуру и влажность окружающего воздуха, формирует особый мик- роклимат и создает, таким образом, среду обитания для огромного количества живых существ, живущих на нем, внутри его или по соседству с ним либо посе- щающих его с деловой целью, например для того, чтобы свить гнездо. Было под- считано, что один дуб способен поддерживать жизнь более трехсот видов живых существ (и бог знает какого количества представителей каждого вида) от птиц до мотыльков, от гусениц до пауков. К числу созданий, для которых дубовое де- рево является центром собственного мира, принадлежит и большое число галлооб- разующих насекомых. Галлы представляют собой одно из самых причудливых обра- зований, которые можно встретить в лесу, и Джонатана сильно заинтересовало то, что я написал о них в книге «Натуралист-любитель». Вот что там было ска- зано: «Каждый галл служит домом для развивающихся личинок. В некоторых из них взрослые насекомые появляются летом, другие галлы темнеют, и личинки проводят в своем убежище всю зиму. Но история на этом не заканчивается, поскольку внутри каждого галла вы почти всегда найдете и других существ, которые либо паразитируют на строителе — хозяине галла, либо являются непрошеными гостями, захватившими его резиденцию. Обычное „дубовое яблоко", самый распространенный из галлов, который очень легко найти в лесу, может служить жилищем для семи- десяти пяти видов насекомых, помимо его законного хозяина — личинки орехо- творки» . Именно с этой фразы, «Обычное „дубовое яблоко", самый распространенный из
галлов, который очень легко найти в лесу», все и началось. Джонатан задался целью найти несколько «дубовых яблок», снять на пленку то, как мы с Ли их со- бираем, а затем отправить галлы в Лондонскую студию научных фильмов (где для нас проводили все киносъемки крупным планом), чтобы там им позволили созреть, а затем, с помощью микросъемки, запечатлели каждое из семидесяти пяти различ- ных видов насекомых с гигантским увеличением. Обычно в любом нормальном лесу из-за галлов, так сказать, не разглядеть деревьев, но в данном случае все сложилось иначе. Ранним утром мы отправились на охоту за галлами, и Джонатан захватил с собой два огромных черных полиэтиленовых мешка, в которых лишь не- давно хранились листья. — Ты уверен, что двух мешков нам хватит? — спросил я. — Ты сам написал, что они распространенные и их легко найти, — сказал он. — Я хочу набрать их как можно больше. — Что ж, в один такой мешок их войдет примерно тысячи две, так что в двух можно унести четыре тысячи или даже четыре с половиной. — Мне все равно, — упрямо произнес Джонатан. — Я не хочу оставлять место случайности; мне их нужно много. Итак, мы отправились в лес, похожие на отряд свиней, вышедших на поиски трюфелей. Мы решили начать с маленьких дубков, росших вдоль опушки леса. Такие ма- ленькие деревья всегда являлись излюбленным местом обитания орехотворок, и, с нашей точки зрения, их небольшая высота облегчала наши поиски. Мы тщательно обследовали несколько сотен дубков. На них не было не только «дубовых яблок», но и любых других галлов. Джонатан начал проявлять упрямство, как он делал всегда, когда природа отказывалась ему повиноваться. — Эй, ребята, — прокричала Пола, удалившаяся от нас примерно на четверть мили, но даже несмотря на такое расстояние заставив завибрировать наши бара- банные перепонки, — скажите еще раз, как они выглядят. — Как маленькие коричневые гнилые яблоки, — прокричал я в ответ. Мы продолжили наши поиски. Оставив маленькие дубки с глянцевыми листьями, начисто лишенными галлов, мы углубились в лес, где росли деревья повыше. Мы начали поиски в восемь, и к одиннадцати часам я уже почти не сомневался в том, что лес заколдован; очевидно, Джонатан наложил на него свое заклятие. За всю мою жизнь со мной не случалось ничего похожего. Еще ни разу не было тако- го , чтобы, оказавшись в дубовом лесу, я не нашел там «дубовых яблок». Это бы- ло все равно что отправиться в Сахару и не найти там песка. Затем около поло- вины двенадцатого раздались радостные возгласы Ли. — Я нашла его! Я нашла его! — кричала она. Мы все опрометью бросились к ней. — Где оно, где? — хрипло прорычал Джонатан. Ли показала. На конце дубовой ветки, которую она держала в руке, находилось «дубовое яблоко». Это, несо- мненно, было оно, но такое крохотное, такое сморщенное и такое жалкое, что походило скорее на засохший фрагмент помета лилипутского слона. — и это «дубовое яблоко»? — с подозрением спросил Джонатан. — Да, — ответил я, — но, должен признать, мне попадались и более здоровые экземпляры. — Что ж, другого у нас пока нет, — заметил Джонатан, осторожно снимая галл с дерева. — Нам лучше его взять. Как оказалось, это был единственный экземпляр, который нам удалось увидеть. Его переправили в Лондон с таким почтением, словно это были сокровища короны (или, скорее, сокровище короны) , и люди сидели над ним неделями, с камерами наготове, словно ученые, ожидающие появления пришельца из летающей тарелки. Но ничего не произошло. Когда стало совершенно очевидно, что из галла ничего не вылупится, Джонатан разрезал его пополам перочинным ножом. Внутри находи-
лась одна очень маленькая, давно мертвая личинка орехотворки. Снимать природу нелегко, особенно когда вы ограничены во времени. Следующее неожиданное осложнение у нас возникло с барсуками; это величест- венные животные с древней родословной, чьи предки разгуливали по лесам Англии еще в те времена, когда люди сами носили шкуры. Это важное, очаровательное, красивое существо, обладающее большим умом и обаянием, приносит огромную пользу, как один из основных хищников сельской местности, наводя ужас на все живое от мокрицы до зайчонка, от цыпленка фазана до лягушки и поедая также червей, улиток, жуков, змей и ежей, попадающихся на их пути. Определение «всеядный» как нельзя лучше подходит барсуку. Все годится для его мельницы. Но, несмотря на такой неразборчивый плотоядный подход к жизни, большую часть рациона барсука составляют корни растений, грибы, ягоды и семена. В целом это животное представляет собой красивое и полезное дополнение для сельской мест- ности, и если оно порой устраивает опустошительные набеги на кукурузное поле или же разоряет курятник, то нам следует проявлять снисхождение к подобным отступлениям от хороших манер, учитывая приносимую им пользу. Европейский барсук. Жилища барсуков, или барсучьи норы, представляют собой огромный, сложный комплекс бесконечных тоннелей и залов. А поскольку барсучья нора (как и анг- лийское поместье) передается из поколения в поколение и каждое поколение рас- ширяет и улучшает ее, то разветвленность старых нор может быть весьма значи- тельной. Нора состоит из спален, укромных уголков, детских комнат, и порой барсуки даже прорывают специальное помещение для туалета. Барсуки находят се- бе спутника на всю жизнь и, будучи необычайно цивилизованными животными, под- держивают добрососедские отношения со всеми проживающими поблизости барсучьи- ми парами. Совсем недавно барсук, который бродил по зеленому сумраку английского леса не одно тысячелетие, подвергся внезапному нападению двух различных групп так называемых цивилизованных людей. Группа хирургов — ветеринаров, привлеченных для работы министерством сельского хозяйства, обвинила барсуков в том, что они являются переносчиками бычьего туберкулеза (что, возможно, соответствует действительности). Найденное ими решение проблемы было простым: «убить барсу- ков», и тут же началась лихорадочная кампания окуривания барсучьих нор отрав- ляющими веществами при самых отталкивающих обстоятельствах. У меня уж давно
сложилось впечатление, что у ветеринаров, работающих на это министерство, на любую проблему есть только один ответ, суть которого «уничтожить», а не «ре- шить». К счастью, общественность восстала против такого упрощенного подхода, после чего варварское разорение родовых жилищ барсуков и уничтожение этих жи- вотных было остановлено. Вы, наверное, подумали, что официальная кампания окуривания ядовитыми газами (не уступающая по жестокости нацистским преступ- лениям) была вполне достаточным испытанием для бедных барсуков, но нет. После того как официальное отношение к барсукам ухудшилось, на них началось наступ- ление на другом фронте. Любимым развлечением среди тех представителей чело- вечьей расы, у которых развитие лобных долей головного мозга остановилось на уровне неандертальца, стала травля барсука терьерами. Барсуков, приносящих за год значительно больше пользы окружающему миру, чем эти отвратительные созда- ния в человеческом облике, выгоняли из нор и травили их терьерами. В этом преследовании барсуков представлены две стороны нашего многоцветного общест- ва. Манипуляции бюрократов с одной стороны и хваленые рабочие с другой, кото- рые, поскольку им нравится (как римской толпе) лицезреть кровопролитие, тянут за собой общество, потея и тяжело дыша в своей погоне за болью и смертью. В нашем распоряжении уже были превосходные кадры из подземной жизни барсу- ков, снятые для нас Эриком Эшби, который позволил барсукам вырыть нору под своим коттеджем. С помощью перископа он имел возможность наблюдать за своими барсуками под землей и снимать их на камеру. Для завершения этого эпизода Джонатан теперь хотел снять, как мы с Ли сидим возле барсучьей норы, и живот- ное появляется оттуда прямо перед нами. — Вы будете сидеть у барсучьей норы на другой стороне долины, — объяснял Джонатан, — а затем, когда наступят сумерки, барсуки выйдут наружу. — А ты уже сказал им об этом? — поинтересовался я. — Они обязательно выйдут, — уверенно заявил Джонатан. — Они выйдут, чтобы полакомиться бутербродом. — Бутербродом? Каким еще бутербродом? — спросила Ли. — Бутербродом с арахисовым маслом, — ответил Джонатан. — о чем ты говоришь? — недоумевала Ли. — Барсуки, — авторитетно начал Джонатан, — не в силах устоять перед бутер- бродом с арахисовым маслом. Они готовы пройти много миль, чтобы его получить. Стоит появиться в лесу, держа в руке бутерброд с арахисовым маслом, и барсуки со всей округи последуют за тобой. — Где ты сумел обрести это эзотерическое знание? — поинтересовался я. — Прочитал в одной книге о барсуках, — сказал Джонатан. — Там говорится, что это действует безотказно. — Лично мне все это кажется очень странным, — сказал я. — Я никогда не слы- шал о том, что барсуков приманивают арахисовым маслом. — Бурундуки любят арахисовое масло, — вмешалась Ли. — Я как-то кормила их арахисовым маслом в зоопарке Мемфиса, и, значит, барсукам оно тоже может прийтись по вкусу. — Они не в силах перед ним устоять, — повторил Джонатан. — Они сделают все, что угодно, ради бутерброда с арахисовым маслом. Вооружившись достаточным запасом бутербродов с арахисовым маслом, мы отпра- вились в ту часть леса, где было много барсучьих нор. К несчастью, местность была густо населена, и повсюду виднелись следы недавнего пребывания человека. — Не хочу показаться пессимистом, — сказал я Джонатану, — но что, если бар- суки не выйдут на приманку? — Я подумал об этом, — сказал он, бросив взгляд на часы. — С минуты на ми- нуту прибудет мое барсучье подкрепление. — Какое подкрепление? — переспросила Ли. — Один парень по имени Дэвид Чефф, — ответил Джонатан. — У него есть два
ручных барсука. Он привезет их сюда с минуты на минуту, и если дикие барсуки так и не появятся, у нас, по крайней мере, будут ручные. Итак, камеры были установлены, и мы с Ли заняли свой наблюдательный пост у барсучьей норы. Наверное, нет нужды говорить, что барсуки так и не показа- лись . Это ничуть нас не удивило, поскольку, несмотря на все предосторожности членов съемочной группы, они не могли соблюдать полную тишину, а барсуки име- ют очень тонкий слух. Однако вскоре Дэвид Чефф, большой и бородатый, прибыл в своем фургончике с парой симпатичных молодых барсуков. Фыркающих и извиваю- щихся от возбуждения животных достали из клеток и выпустили у барсучьей норы. — А теперь, — скомандовал Джонатан, — я хочу, чтобы ты сказал в камеру: «Есть лишь один верный способ выманить барсука из его норы. Он так же, как и мы, неравнодушен к бутербродам с арахисовым маслом, и, используя такой бутер- брод в качестве приманки, вы можете заставить показаться из норы даже самого упрямого барсука». Далее ты бросаешь бутерброд у самого входа в нору, и бар- суки с радостью набрасываются на него. Я послушно произнес свою реплику в камеру и бросил бутерброд перед входом в нору. Как по команде, оба барсука приблизились к нему, понюхали и тут же по- пятились назад, энергично чихая, а также демонстрируя прочие признаки сильно- го неудовольствия. Было совершенно очевидно, что эта пара барсуков вовсе не считает бутерброд с арахисовым маслом изысканным деликатесом. И конечно же, этот случай еще больше укрепил убежденность Джонатана в том, что мать-природа просто не желает с ним сотрудничать. Серия седьмая Наблюдая за жизнью животных по всему миру, я всегда поражался, какое бога- тое разнообразие живых существ можно встретить в простых зарослях кустарника, обычного для английской сельской местности. Вот уже более тысячелетия скот и урожай на английских полях охраняет густая живая изгородь. Когда саксы только вторглись в Британию, начали валить лес, или Уайлд Вуд, как они его называли, с тем чтобы расчистить землю под луга и пашни, тогда и была придумана живая изгородь, предназначенная разграничивать поля и не позволять скоту разбредаться. Вскоре саксы нашли идеальное растение для создания полезащитных полос — боярышник. Легко пересаживаемый при помощи отростков и черенков, боярышник быстро разрастался в густую, непроницаемую, колючую изгородь, непреодолимую для скота и хорошо защищающую от ветра. Кроме того, она предоставляет среду обитания для диких животных, заменяя им выруб- ленный лес. Подсчитано, что около полумиллиона миль живой изгороди протяну- лось по сельским просторам Англии, превращая их в некое подобие шахматной доски. Наряду с тем, что полезащитные полосы охраняют посевы и скот, служат убежищем для диких животных, они также были настоящей аптекой для людей Сред- невековья, снабжая их разнообразными целебными растениями для лечения любых болезней — от головной боли до грыжи, а некоторые травы помогали отводить порчу и бороться с колдуньями, столь многочисленными в те дни. Прелестная звездчатка, белая как снег, излечивала от болей в боку; прохладные мясистые листья конского щавеля снимали раздражение при укусах насекомых и особенно крапивных ожогах; если вы ранены или просто порезались, то Черноголовка обык- новенная именно то растение, которое вам нужно; при появлении язвочек во рту или других более интимных и болезненных местах вас могла исцелить лапчатка гусиная. Люди Средневековья относились к живым изгородям с большим почтением, поскольку их населяли эльфы, феи и другие духи. Наряду с черной магией, при- таившейся среди зарослей кустарника (если сорвешь сердечник луговой, тебя укусит гадюка, а подобное обхождение с невинной голубой вероникой может вы-
звать грозу, или, того хуже, с неба слетит птица, чтобы выклевать тебе гла- за) , там находилось место и доброй белой магии. Вы могли натереть коровье вы- мя лютиками, для повышения удоя, или повесить в маслодельне пучок крапивы, чтобы не сворачивалось молоко под воздействием колдовских чар. Когда-то живые изгороди считались жизненной необходимостью и за ними забот- ливо ухаживали, отчего выигрывали и человек, и дикие животные. Однако теперь фермеры считают полезащитные полосы досадной помехой и безжалостно выкорчевы- вают эти древние заповедники бульдозером, чтобы все больше и больше увеличи- вать протяженность своих полей, открытых для разрушительного воздействия дож- дя и ветра. Мы хотели показать в нашем фильме один из сохранившихся фрагментов древней живой изгороди, отразив ее красоту и значимость. Пройдет еще немного времени, и живая изгородь, эта прекрасная и очень важная часть британского наследия, станет частью прошлого. Поэтому мы поставили себе цель запечатлеть фрагмент английской сельской местности такой, какой она была на протяжении тысячеле- тий, и исследовать ее. Мы решили воспользоваться в нашем путешествии тремя архаичными или полуархаичными видами транспорта. Джонатан нашел в Суссексе великолепный участок живой изгороди, протянувшейся вдоль поросшей травой до- рожки, и это была дорожка, не испорченная гравием или щебнем, украшенная по- левыми цветами и окруженная высокими кустами, словно присыпанного снегом цве- тущего боярышника. Такие дорожки были знакомы Шекспиру, по ним ходили пилиг- римы в Кентерберри. Транспортным средством на первой стадии нашего путешест- вия в этот волшебный уголок Англии, к моему великому удовольствию, должен был стать паровоз. Энтузиасты железнодорожного транспорта, живущие в различных частях Британ- ских островов, спасают старинные паровозы, любовно их восстанавливают и, по- лучив соответствующее разрешение, пускают их по специальным участкам путей. Вы можете обнаружить, что машинист, проводник, кондуктор и прочий обслуживаю- щий персонал такого поезда в обычной жизни являются учителями, профессорами, владельцами магазинов, химиками или просто вышедшими на пенсию железнодорож- никами, работающими совершенно бесплатно лишь для того, чтобы нынешнее поко- ление имело возможность испытать на себе все ощущения, связанные с настоящим путешествием по железной дороге, вдыхать этот едкий, волшебный аромат угля, копоти и пара, вздрагивать от совиного завывания паровозного гудка, войти в состояние транса, вызванного грохотом, лязгом и шипением самого локомотива, а затем отдаться во власть ритмичного, как сердцебиение, перестука колес. По- этому мы были рады совершить путешествие по железнодорожной ветке с поэтиче- ским названием «Блюбэлл Рэйлуэй». Ли в свои тридцать три года ни разу в жизни не путешествовала на паровозе, и это открытие потрясло меня, большого почитателя железных дорог, до глубины души. И вот мы прибыли на станцию, где нас уже ожидал паровоз, нарядный и блестящий, со шлейфом из пара, щегольски переброшенным через плечо, и прицеп- ленные к нему элегантные вагоны с хорошо заметными надписями ПЕРВЫЙ, ВТОРОЙ и ТРЕТИЙ КЛАСС. Тяжелые двери захлопывались с приятным металлическим щелчком, а при помощи толстых кожаных ремней опускались окна, чтобы искрам было проще попадать вам в глаза, а саже и копоти пачкать ваш нос — все это придавало особый колорит путешествию по железной дороге, которое было настоящим желез- нодорожным путешествием. Махнув рукой на бюджет, Джонатан сделал широкий жест и зарезервировал для нас целый вагон первого класса с широкими сиденьями, по- крытыми красивой обивкой и украшенными толстыми пуговицами, похожими на гриб- ные шляпки. На стенах были развешаны яркие цветные плакаты примерно 20-х го- дов с изображением морских курортов, где море было такой невероятной синевы, что оставалось только удивляться, почему люди так рвутся отдыхать на Среди- земноморье . Здесь были огромные багажные полки, достаточно широкие и прочные
для того, чтобы выдержать любое количество кожаных чемоданов, шляпных коро- бок, корзин для пикника и прочих предметов первой необходимости. Мы с Ли сели у окна, а Крис с Брайаном, вооружившись магнитофоном и камерой, пристроились в дальнем углу, поскольку фильм должен был начинаться с того, как я говорю в камеру на фоне мелькающих за окнами сельских английских пейзажей. По целому раду технических причин нам пришлось снимать эту сцену несколько раз, мы ка- тались по ветке «Блюбэлл Рэйлуэй» взад-вперед, из-за чего время нашего путе- шествия на этом замечательном поезде увеличилось в несколько раз. Но вот, наконец, пленка с отснятой начальной сценой была убрана в коробку, и мы с большой неохотой покинули поезд, остановившийся среди поля в несколь- ких милях от ближайшего населенного пункта, у маленькой деревянной платформы с надписью большими белыми буквами: «Фрэшфилд халт. Пожалуйста, подайте сиг- нал , если хотите, чтобы поезд остановился». Мы вышли на шаткий настил, после чего извлекли из багажного вагона следующий вид транспорта, на котором нам предстояло продолжить наше путешествие, — большой блестящий велосипед-тандем. Это была очередная гениальная идея Джонатана, и хотя я пытался протесто- вать, сказав ему, что в последний раз ездил на тандеме где-то примерно в 1939 году, он, как всегда, заверил нас, что все будет хорошо и никаких проблем у нас не возникнет. Велосипед был доставлен к нам в гостиницу накануне вечером, и мы с Ли сразу же вынесли его на улицу, чтобы немного попрактиковаться во дворике перед центральным входом. Поначалу мы двигались, достаточно сильно виляя из стороны в сторону, поскольку Ли настаивала на том, что она лучше ме- ня знает, как крутить педали. К тому же велосипед был очень легким, и на по- воротах приходилось соблюдать большую осторожность, поскольку переднее колесо все время норовило сложиться наподобие птичьего крыла и выбросить нас в при- дорожную канаву. Однако вскоре мы укротили нашего железного коня и начали но- ситься по дворику, со свистом рассекая воздух. Но тут, на наше несчастье, из гостиницы внезапно вышли три пожилые дамы в сопровождении джентльмена, выгля- девшего как бригадный генерал старой школы, и засеменили через дорогу прямо перед нами. Я с силой нажал на тормоз, тандем пошел юзом по гравию, переднее колесо сложилось, и мы с Ли рухнули на землю, образовав сложно переплетенную кучу из наших частей тела и деталей велосипеда. Пожилые дамы испуганно взвизгнули, бригадный генерал произнес что-то подозрительно похожее на «черт возьми!», а я и Ли, прокатившись по гравию, в конце концов сумели освободить- ся от велосипеда и подняться на ноги. Бригадный генерал вставил в глаз мо- нокль и осмотрел нас с головы до пят. Мы оба были одеты в костюмы натурали- стов , которые после целого дня съемок под дождем выглядели весьма неопрятно. — Туристы! — произнес бригадный генерал после короткой паузы, вложив в это единственное слово все то высокомерное презрение, которое представители анг- лийского среднего класса до сих пор испытывают к пролетариату. Затем, оборо- нительно расставив руки вокруг пожилых дам, он поспешил отвести их подальше от источника заразы. Это было не слишком обнадеживающее начало. Однако когда мы сошли на остановке «Фрэшфилд халт» и «Черный рыцарь», оку- танный клубами пара, с пыхтением отправился в дальнейший путь, издав на про- щание свисток пронзительной ясности, звуки и запахи солнечного майского дня хлынули на нас со всех сторон. Голубое небо было усеяно жаворонками, поющими свою песню. Громко и настойчиво куковали в полях кукушки, а воздух был напол- нен ароматом сотен весенних цветов. Мы скатили «Дейзи» (так мы окрестили наш тандем) с платформы по деревянному пандусу на присыпанную шлаком дорожку, за- тем проследовали по скользкой тропинке, которая привела нас к узкой проселоч- ной дороге, проложенной по высокой насыпи, окруженной с двух сторон сверкаю- щими армиями желтых, как шафран, калужниц, а вдоль одной из обочин тянулась живая изгородь из боярышника, покрытая похожими на кучевые облака цветками. Итак, оседлав «Дейзи», мы отправились на поиски старой Англии под лучами жар-
кого солнца, греющего наши спины, и в сопровождении птичьего гомона, звеняще- го в ушах. Участок сельской местности, выбранный Джонатаном, поражал великолепием кра- сок, и в это время года он просто не мох1 выглядеть более нарядно. Крутые от- косы насыпи и живая изгородь украшали разноцветные узоры из канареечно-желтых лютиков, красной смолевки, белой звездчатки, голубой дымки колокольчиков, си- реневых фиалок и плоских соцветий болиголова, похожих на клубы бледного тума- на. Между рядами живой изгороди раскинулись огромные зеленые луга, пестреющие цветами, с одиноко стоящими живописными дубами и буками, чья молодая листва отбрасывала густую тень. Попадавшиеся по дороге коттеджи и большие дома были надежно укрыты за рощами деревьев, благодаря чему они не бросались в глаза, и создавалось впечатление, что местность почти необитаема. Наконец мы добрались до той самой поросшей травой дорожки, окруженной мощ- ными рядами живой изгороди, где с одной стороны плотная, почти непроходимая стена из боярышника оплела одинокий дуб, чьи корни были скрыты под густой се- тью плюща. Здесь нас встретил Дэйв Стритер — наш проводник по защитным поло- сам зеленой изгороди, который оказался для нас настоящей находкой. Стройный и темноволосый, с карими глазами и выступающим вперед, похожим на клюв носом, своими быстрыми движениями он напоминал нам птицу. Дэйв гордился живой изго- родью так, словно посадил ее собственными руками, и не было такого живущего в ней животного или растения, которого бы он не знал. С его помощью мы начали раскрывать для себя секреты этой древней живой стены. Большинство живых изгородей насчитывает с момента своего рождения несколько веков, но натуралистам удалось придумать достаточно простой метод для прибли- зительной оценки их возраста. Вы отмеряете и отмечаете тридцать шагов вдоль живой изгороди, а затем возвращаетесь назад и подсчитываете общее число видов древесных растений, произрастающих на данном участке. Каждый вид растения со- ответствует одному столетию. На первый взгляд это метод может показаться на- думанным, но на самом деле он основан на результатах расследования, проведен- ного натуралистами. Высаживая изгородь, фермеры, как правило, используют одно или максимум два вида растений. Со временем там начинают появляться и другие виды древесных растений, занесенных в виде семян с птичьим пометом либо бел- ками и мышами, которые закапывают орехи и семена, а потом забывают местонахо- ждение своих складов. После исследований полезащитных полос известного воз- раста было установлено, что новые виды древесных растений появляются в них со скоростью один вид за сто лет. Итак, мы с Ли отмерили шагами участок живой изгороди нужной длины, а затем приступили к сбору образцов произрастающих на нем древесных растений. Мы об- наружили более десяти различных видов, и, значит, когда эта живая изгородь была посажена, когда лондонского Тауэра и Вестминстерского аббатства еще не существовало. Просто удивительно, что при всеобщем трепетном почтении по от- ношению к этим двум архитектурным памятникам другая английская реликвия — жи- вая изгородь, которая более тысячи лет приносила столь много пользы человеку и природе, ныне безжалостно выкорчевывается бульдозерами на фоне лишь слабых голосов, пытающихся протестовать против такого варварского отношения к приро- де. Если бы кто-то вдруг предложил снести Вестминстерское аббатство, чтобы освободить место под административное здание, или стереть с лица земли Тауэр ради еще одного «Хилтона», поднялся бы просто невообразимый шум, хотя за ты- сячелетнюю историю своего существования эти два здания, возможно, принесли человечеству значительно меньше пользы, чем скромные живые изгороди. Кроме большого числа травянистых растений, ютящихся у ее корней или караб- кающихся вверх по колючим ветвям, живая изгородь дает пристанище многим видам пресмыкающихся, птиц и млекопитающих, и некоторых из них нам удалось снять на пленку. Одним из наиболее привлекательных обитателей живой изгороди, на мой
взгляд, является мышь-малютка — самое крохотное млекопитающее Британских ост- ровов, которой к тому же принадлежит честь быть открытой не кем иным, как од- ним из величайших натуралистов-любителей Гилбертом Уайтом. В своей замеча- тельной книге «Естественная история Селборна» он описывает то, как мышь- малютка впервые попала в поле зрения ученого: «Я сумел добыть несколько экземпляров тех самых мышей, упоминавшихся мною в предыдущих письмах, — молодой самец и самка с детенышем, которых я заспирто- вал в бренди. Судя по их окраске, форме, размерам и манере устройства гнезд, они, несомненно, относятся к виду, до сих пор не описанному учеными. Они зна- чительно мельче и тоньше, чем Mus domesticus medius, описанные Рэем; по окра- ске ближе к белке или соне; брюхо белое, и прямая линия на боках отделяет его от более темной спины. Эти мыши никогда не встречаются в доме; их заносят в амбары и сараи вместе со снопами; в период сбора урожая встречаются в больших количествах; гнезда строят над землей, среди стеблей злаковых растений, ино- гда в чертополохе. В одном выводке бывает до восьми мышат, которые появляются на свет в маленьком шарообразном гнезде, свитом из травинок или пшеницы. Одно из таких гнезд я раздобыл этой осенью — весьма искусно изготовленное из листьев пшеницы, совершенно круглое и размером примерно с крикетный шар. Входное отверстие замаскировано так умело, что найти его просто невозможно. Оно было таким компактным и плотно заполненным, что каталось по столу, не разваливаясь на части, хотя внутри находилось восемь голых и слепых мышат. Но если гнездо такое тесное, то как мать могла проникать к своим отпрыскам, что- бы покормить их молоком? Возможно, с этой целью она открывала различные части гнезда и, закончив свое дело, закрывала их снова; ведь совершенно очевидно, что ей никак не поместиться в гнезде вместе с мышатами, которые к тому же с каждым днем становятся все больше. Эта замечательная колыбелька, элегантный образец проявления материнского инстинкта, была найдена на пшеничном поле, подвешенная к головке чертополоха». Мышь-малютка приспособилась к обитанию на стеблях растений не хуже многих приматов Нового Света. У нее очень ловкие лапки, позволяющие крепко обхваты- вать стебли растений, и необычайно сильный цепкий хвост, на котором она может висеть вниз головой, когда занимается строительством гнезда. Эти круглые гнезда, размером примерно с теннисный мяч, сплетены из зеленых травинок, мес- тами сцементированных между собой разжеванными листьями. Такие питомники, где самка выводит своих детенышей, имеют два входа и для удобства малышей выстла-
ны изнутри тщательно пережеванными травинками. Новорожденные мышата весят около одного грамма, или, как отменил Гилберт Уайт, два мышонка потянет на медную монетку в полпенни. Для каждого выводка строится новое гнездо, и в хо- роший год мышь-малютка способна приносить потомство шесть раз и в одном вы- водке бывает по пять-шесть мышат. У людей такая плодовитость привела бы к бурному росту народонаселения. Однако следует отметить, что в те годы, когда мышей-малюток разводится слишком много, такие хищники, как лисицы, ласки, горностаи, совы и прочие, получают счастливую возможность вволю на них поохо- титься, благодаря чему количественный состав семей этих животных также резко увеличивается. А когда у мышей-малюток выпадает неудачный год, для хищников тоже наступают тяжелые времена, и, таким образом, можно сказать, что их чис- ленность регулируется обилием грызунов. Но у человека в наши дни остался только один естественный враг — он сам, и при нынешней перенаселенности хищ- ные представители человеческого рода не способны поддерживать баланс между рождаемостью и смертностью столь же эффективно, как это делает природа. Другим примечательным обитателем полезащитных полос является еж. Они всегда были моими любимыми животными, еще со времен детства, проведенного в Греции, когда я с рук выкормил выводок из четырех маленьких ежат, принесенных мне од- ним крестьянином, который нашел их в гнезде из листьев на краю своего поля. Новорожденные ежата имеют светло-кремовую окраску, а иголки у них мягкие, словно каучуковые. По мере того как мои малыши подрастали, они постепенно ме- няли свой цвет на коричневый, а их иголки становились твердыми и острыми. Как я выяснил, это удивительно умные маленькие создания, и мои ежики даже научи- лись вставать на задние лапы, выпрашивая у меня лакомые кусочки. Я часто брал их с собой в дальние прогулки по окрестностям, и ежи послушно семенили за мной, выстроившись в одну линию. Они отличались необычайным проворством, и, когда я переворачивал бревна или камни в поисках насекомых для своей коллек- ции, мне всегда приходилось быть начеку, поскольку стоило лишь немного зазе- ваться, и редкий экземпляр уже хрустел у кого-то на зубах. Как-то раз они промышляли на старом заброшенном винограднике. На солнце было слишком жарко, и я укрылся в прохладной тени оливковой рощи, примерно в ста ярдах от них. Оттуда я мог наблюдать за своими ежами, но они не видели меня. Прошло какое- то время, прежде чем они заметили мое исчезновение, после чего сразу же нача- ли проявлять сильное беспокойство и тревогу. Жалобно попискивая, они кружили на месте, пока один из них, по-собачьи уткнув нос в самую землю, не напал на мой след и, затрусив рысцой, повел за собой остальных. То, что ежи шли по мо- ему запаху, не вызывало никаких сомнений, поскольку ежи петляли из стороны в сторону, послушно следуя по избранному мной маршруту. Обнаружив меня, ежи возбужденно зашумели, а потом, пыхтя и попискивая, поспешили забраться ко мне на колени. Помню, в то время, когда мы жили в Хэмпшире, у нас в саду росла огромная старая яблоня. И вот в один год на ней уродилось огромное количество яблок, больше, чем моя мать была в состоянии переработать, хотя она заготовила тонны джема и чатни. Поэтому большое количество фруктов падало на землю и сгнивало, удобряя корни дерева. Однажды в ясную лунную ночь меня разбудили стоны, визг и пыхтение. Решив, что это пара любезничающих котов, я высунулся из окна, чтобы дать им суровую отповедь, но, к своему удивлению, увидел двух ежей. За- интригованный тем, чем же они так увлечены, я надел шлепанцы и вышел в зали- тый лунным светом сад. Оказалось, они угощались полусгнившими яблоками, чей забродивший сок действовал на них, как сидр, и оба ежа были уже в стельку пьяные. Они пошатываясь бродили вокруг дерева, натыкаясь на все подряд, ика- ли, переругивались друг с другом, одним словом, вели себя самым недостойным образом. Ради их же собственной пользы я запер ежей на ночь в гараже, а на следующее утро передо мной предстала самая удрученная и глубоко раскаивающая-
ся пара насекомоядных, которую только можно было себе представить. Я выпустил их в лесу, позади нашего дома. Европейский ёж. Другим замечательным животным, которое нам посчастливилось снять на пленку, была ласка — самый маленький и самый очаровательный хищник Британских остро- вов . Это красивые, быстрые и стройные маленькие создания длиною всего лишь двадцать восемь сантиметров вместе с хвостом, а в их необыкновенной скорости мы имели возможность убедиться сами, когда приступили к съемкам. Чтобы снять крупным планом то, как охотится наша ласка, мы сделали весьма правдоподобные декорации, представляющие собой фрагмент живой изгороди. Фильм снимается со скоростью двадцать четыре кадра в секунду, то есть за одну секунду кинокамера делает двадцать четыре фотографии. И вот мы обнаружили, что наша ласка двига- ется так быстро, что она успевала проскочить через всю декорацию между кадра- ми — просто фантастическое проворство! Когда, еще будучи студентом, я работал смотрителем в Уипснейдском зоопарке, в те дни, когда у меня был выходной, я обычно садился на велосипед и отправ- лялся в исторический музей Тринга, где брал уроки изготовления чучел. Мой путь пролегал мимо древнего фургона, хозяином которого был старый цыган, и я часто наведывался к нему в гости, поскольку он держал у себя огромное количе- ство животных, и их число постоянно увеличивалось. Впервые я обратил внимание на этого старика, которого все звали Джетро, после того, как, проезжая однаж- ды мимо, внезапно увидел сразу пятерых ласок, резвящихся между колес его фур- гона. Я слез с велосипеда и наблюдал за тем, как ласки играют в догонялки, и их вытянутые тела так быстро мелькали в траве, что они походили на пушистых змей. Вскоре из леса вышел старый Джетро с ружьем под мышкой и двумя убитыми кро- ликами в руках. Он издал мелодичный свист, в ответ на который ласки тут же бросили свою игру, подбежали к его ногам и, встав на задние лапы, начали то- ненько повизгивать. Старик бросил кроликов на землю, и, огрызаясь друг на друга, они утащили тушки под фургон, где жадно набросились на еду. Как мне хотелось завести у себя этих изящных, грациозных животных, но, увы, старик Джетро отказался их продавать, даже несмотря на то, что я предложил ему все
свое недельное жалованье — три фунта и десять шиллингов. — Нет, нет, парень, — сказал он, с любовью глядя на своих питомцев блестя- щими черными глазами, — я ни за что не расстанусь с ними. Знал бы ты, сколько мне пришлось натерпеться, пока я их выкармливал. Нет, я не отдам их ни за ка- кие сокровища. Но если хочешь, я возьму как-нибудь тебя с нами на охоту. То- гда увидишь, до чего они отважные маленькие охотники. Ласка. И вот в одну из летних ночей, когда в небе сияла полная луна, белая и круг- лая, словно цветок магнолии, я подъехал на велосипеде к фургону старика Джет- ро. После пинты пива (домашнего приготовления) и тарелки нежного тушеного мя- са мы отправились на охоту. Ласки скакали впереди вдоль живой изгороди, зали- тые ярким лунным светом. Как объяснил мне по дороге старик Джетро, его ласки выработали свой собственный метод охоты. Одна или две из них забираются в кроличью нору, а остальные ждут снаружи. Через некоторое время, напуганный двумя непрошеными гостями, кролик выскакивает из норы и оказывается во власти хищниц, поджидающих его у входа. Они бросаются на кролика с быстротою молнии, и одна из трех приканчивает его характерным для ласок укусом в затылок — ниж- ние зубы заходят под основание черепа, а верхние клыки проникают прямо в мозг. Смерть наступает мгновенно. Было необычайно интересно наблюдать за тем, как ласки, с блестящими глазами, исполняют при лунном свете свой змеиный та- нец, действуя как одна команда, двигаясь легко и бесшумно. Неизвестно, охо- тятся ли подобным образом дикие ласки, но, по крайней мере, эти ручные живот- ные выработали метод совместной охоты столь эффективный и смертоносный, что уже через два часа в ягдташе старого Джетро лежали тушки семи жирных кроли- ков . Часть из них будет скормлена ласкам и другим его плотоядным питомцам (среди которых были совы, ястребы, барсук и горностай), а остальных он съест сам или продаст в ближайшей деревне. Старый Джетро использовал росшую вокруг его фургона живую изгородь точно так же, как и люди Средневековья, — охотился на кроликов и куропаток, собирал различные травы и коренья для приправ к блюдам, а из других растений приго- товлял мази и снадобья, которые продавал на городском рынке; и я знал не- скольких предпочитавших обращаться за помощью к нему, а не к местному врачу.
У меня была знакомая девушка, страдавшая от сыпи, которая периодически появ- лялась у нее на лбу и левой ладони, причиняя массу неудобств, как физических, так и моральных. Не обращая внимания на ее протесты и сомнения, я отвел свою подругу к старику Джетро и заставил испробовать мазь, которую он ей дал. По- сле трех применений сыпь исчезла и никогда больше не появлялась. В одной из финальных сцен нашего фильма Джонатан хотел показать древний, девственный луг1, в течение многих веков охраняемый живой изгородью. Когда он привел нас к выбранному месту, мы все пришли в полный восторг. Эго был огром- ный луг, огороженный с трех сторон высокой стеной из боярышника, а с четвер- той примыкающий к темному лесу, сверкающему свежей весенней листвой. Его по- верхность имела пологий уклон, и там и здесь на ней возвышалось несколько одиноких дубов, судя по обхвату их могучих стволов, уже не одно столетие от- брасывающих пятна голубоватой тени. Но больше всего захватывало дух от цвето- вой палитры луга. Высокая сочная трава была усеяна лютиками такого насыщенно- го цвета, что казалось, будто кто-то разлил между живой изгородью и лесом не- бесный чан расплавленного золота. Чтобы устроить пикник в центре этого поля, нам пришлось пройтись по золотому ковру, утопая по колено в лютиках, и каза- лось настоящим кощунством топтать его ногами, оставляя позади себя дорожку из смятых цветов на безупречно чистом покрове, сотканном из золотых и зеленых нитей. В заключительных сценах этой серии фильма, чтобы показать сложную сеть по- лезащитных полос, протянувшихся по сельской местности, Джонатан решил отпра- вить нас в полет на воздушном шаре. Хотя у меня уже не раз возникало желание совершить путешествие на этом величественном, старинном виде транспорта, я все равно немного нервничал из-за своих головокружений. Однако упустить такую прекрасную возможность было бы обидно, и поэтому я согласился попробовать подняться в воздух, взяв под контроль свое абсурдное недомогание. Ход этих съемок планировался, как войсковая операция. Мы собирались совершить два по- лета; в первый день с нами должен был лететь Крис вместе с камерой, чтобы снимать нас крупным планом прямо в корзине, в то время как другие члены съе- мочной группы будут следовать за нами на машинах и снимать воздушный шар с земли. На второй день Крису предстояло следовать за нами на вертолете, кото- рым управлял не кто иной, как капитан Джон Крудсон, принимавший участие во всех сложных и рискованных съемках в фильмах о Джеймсе Бонде. Пилотом нашего воздушного шара был Джефф Уэстли — опытный воздухоплаватель, способный поса- дить свой летательный аппарат буквально на шестипенсовую монету. В идеале Джонатану хотелось бы, чтобы воздушный шар начал свой величественный полет с центра волшебного золотого луга, но, поскольку это нанесло бы непоправимый ущерб цветам и травам, нам пришлось выбрать для нашего первого подъема более прозаичный луг, изрядно общипанный домашним скотом. Рано утром мы прибыли на место, где нас уже ожидал воздушный шар. Эго был ярко раскрашенный монстр — значительно больших размеров, чем я ожидал, — в веселую красную, желтую и голубую полоску. На траве под шаром находилась кор- зина, похожая на гигантскую старомодную корзину для белья, где были расстав- лены газовые баллоны с бутаном, без которых полет был бы невозможен. Нас по- знакомили с Джеффом — коренастым светловолосым мужчиной, с лучистыми голубыми глазами, окруженным ореолом непоколебимой уверенности. Он сказал нам, что си- ноптики обещают отличную погоду и ему хочется поскорее подняться с нами в воздух. Для съемок наших лиц крупным планом Крису было достаточно отправиться в полет вместе с нами, но чтобы в кадр попала вся корзина полностью, камеру требовалось разместить на некотором расстоянии от нее. Мы решили эту пробле- му, установив камеру с дистанционным управлением на длинной алюминиевой мач- те, прикрепленной к корзине под прямым углом. Джонатану очень хотелось соз- дать иллюзию, будто мы с Ли сами «управляем» воздушным шаром, для чего он
снабдил нас большим одеялом и объяснил Джеффу, что во время съемок ему следу- ет опускаться на дно корзины и тщательно укрываться одеялом. Джефф согласился пойти на такое унижение, отнесясь к этому с большим юмором. И вот, получив последние наставления Джонатана, мы забрались в корзину и приготовились к первому в нашей жизни полету на воздушном шаре. Якорные канаты были отданы, корзина слегка вздрогнула, после чего Джефф потянул за шнур, и огромный язык голубого пламени взметнулся вверх над нашими головами, с ревом устремившись внутрь шара. Это походило на пробуждение дракона. Под аккомпанемент этих ог- лушительных взрывов корзина плавно поплыла вверх, словно кабина лифта. Мы поднялись на двадцать футов, тридцать футов, а затем взмыли в небо, оставив под собой кроны деревьев. Ощущение было просто волшебным. Когда пламя не ревело, наступала полная ти- шина, и, плавно дрейфуя в небе по ветру, мы слышали, как в тысяче футов под нами разговаривают люди, стучит по рельсам поезд, лают собаки или мычат коро- вы. Пожалуй, похожее ощущение вызывает лишь плавание с маской над коралловым рифом, когда вы лежите вниз лицом на поверхности моря, позволяя слабому тече- нию воды перемещать вас над коралловым садом. Далеко под нами, насколько мох1 видеть глаз, расстилалось пестрое лоскутное одеяло полей, огороженных живыми изгородями, с выступающими здесь и там темными островами леса и игрушечными деревеньками. Наша тень, похожая на гигантский голубой гриб, скользила под нами по полям и живым изгородям, приводя в возбужденное состояние стада коров и заставляя лошадей вести себя так, словно они находятся на родео. Как объяс- нил нам Джефф, хотя мы и находимся во власти ветра, для управления движением воздушного шара можно сделать достаточно много. Например, когда скорость вет- ра упала, он опустил шар вниз, до самых верхушек деревьев. Мы дрейфовали над землей плавно и бесшумно, словно облако тумана, а однажды дно корзины даже прошуршало по верхним ветвям гигантского дуба. Мы видели зайца и огромное ко- личество кроликов, на которых появление нашего огромного, ярко раскрашенного воздушного корабля действовало как сигнал тревоги. Мы видели пару косуль, ко- торые стояли на лесной поляне, напряженно навострив уши, а пролетая над гра- човником, были встречены яростным гвалтом грачей, возмущенных таким наглым вторжением в их воздушное пространство. Было очень интересно пролетать всего в пятидесяти футах над деревнями, оди- ноко стоявшими фермами и коттеджами, поскольку мы могли разглядеть садики по- зади каждого дома, тщательно ухоженные и украшенные цветами. Рев нашего воз- душного шара заставлял собак истерически лаять, а люди выбегали из домов, чтобы помахать нам руками. Как только до них доходило, что мы их слышим и способны отвечать, они сразу же спрашивали, куда мы направляемся, и когда мы говорили, что не знаем сами, этот ответ казался им крайне забавным. Когда мы проплывали над сельской школой, все дети вместе со своими учителями высыпали на школьный двор, чтобы понаблюдать за нашим полетом. Дети, конечно же, нача- ли нам кричать и спрашивать, куда мы летим. А мы, конечно же, отвечали им, что нам это неизвестно. У детей такой ответ вызвал приступ бурного веселья, и один маленький мальчик хохотал так безудержно, что упал и начал кататься по земле. Затем мы подлетели к изысканному миниатюрному особняку из красного кирпича с прелестной розовой черепичной крышей. Прилегающий к нему сад был полон цветов и декоративных кустарников, и вся эта картина походила на иллю- страцию к волшебной сказке. Встревоженные драконьим ревом нашего шара, хозяин и его жена выбежали в сад. — Какой у вас дом! — крикнул я даме. — А у вас восхитительный воздушный шар, — ответила она. Но вот пришло время совершать посадку, поскольку запасы топлива начали под- ходить к концу. Как всегда бывает в таких случаях, стоит вам захотеть поса- дить воздушный шар, как вы замечаете, что все поля на многие мили вокруг либо
засажены ячменем или пшеницей, либо на них пасутся стада истеричных коров и овец, у которых случился бы коллективный нервный припадок, впрочем, как и у владельцев этих стад, если бы мы рискнули совершить посадку среди них. Нако- нец мы заметили луг1, не засаженный зерновыми культурами и свободный от домаш- них животных. Чтобы добраться до него, нам требовалось пролететь над большим полем зреющего ячменя, перебраться через защитную полосу деревьев и совершить очень быструю посадку на три точки, поскольку этот луг был достаточно узким. Но тут ветер сыграл с нами злую шутку. Когда мы дрейфовали над ячменным по- лем, ветер неожиданно стих, и воздушный шар понесся к земле с весьма прилич- ной скоростью. Пытаясь набрать высоту, Джефф выпустил в шар большой язык пла- мени, но это не помогло; корзина рухнула в ячмень, а затем, как кенгуру, на- чала передвигаться по полю серией гигантских прыжков. Мы три раза с силой ударились о землю, а затем ветер подхватил шар и с головокружительной скоро- стью потащил корзину через ячмень, всего лишь в шести дюймах от земли. Перед нами угрожающе возвышалась полоса деревьев, а позади оставалась полоса сло- манного и помятого ячменя. Деревья, с их опасными, торчащими в стороны ветвя- ми , неотвратимо приближались. Джефф сделал единственное, что ему остава- лось , — он потянул за шнур, открывающий клапан, и выпустил горячий воздух из шара. Наш огромный яркий красавец шар сморщился и поник, в предсмертных кон- вульсиях бросив корзину набок, отчего мы все повалились в одну кучу поверх бедняги Криса. В своей агонии шар протащил корзину еще около пятидесяти яр- дов, и мы кувыркались внутри ее, сплетенные в один клубок, изо всех сил ста- раясь уберечь наши руки и ноги. После того как шар, наконец, остановился, сильно помятые и чуть живые, мы выползли из корзины. Алюминиевая мачта, на которой была установлена камера с дистанционным управлением, погнулась и скрутилась, словно штопор, но, к счастью, сама камера не пострадала. И, что более важно, не пострадал никто из нас. Джонатан, Пола и вся съемочная груп- па, следовавшая за нашим беспорядочно блуждающим шаром на двух машинах, с крайне взволнованным видом выскочили из-за деревьев и бросились к нам. — С вами все в порядке? — крикнул Джонатан, очевидно, уже приготовившийся увидеть главных героев с переломанными ногами. — Да, все нормально, — крикнул я в ответ. — Это было проще, чем упасть с бревна. К счастью, они прихватили с собой непременную бутылку шампанского, которой, согласно традиции, следовало завершить первый полет на воздушном шаре. Мы с облегчением выпили ее, стоя посреди разоренного ячменного поля возле разно- цветного остова нашего воздушного корабля. Несмотря на достаточно неприятную аварийную посадку, мы с нетерпением ожи- дали нашего полета, намеченного на следующий день, когда нас должен был со- провождать вертолет. К сожалению, утром погода была неподходящей, но к полуд- ню синоптики дали благоприятный прогноз, после чего мы снова поднялись в воз- дух, и вертолет, с высунувшимся из него Крисом, следовал за нами на близком расстоянии. Это был изумительный, золотистый день, и светло-голубое, словно выцветшее небо было подернуто легкой туманной дымкой. При таком освещении сельская ме- стность выглядела совсем иначе, и поля предстали перед нами во всем многооб- разии красок — изумрудно-зелеными и золотыми от лютиков, желто-коричневыми от поспевающей пшеницы, а свежие пашни походили на лоскуты красно-коричневого вельвета. Как только нам сообщили с вертолета по рации, что Крис закончил свою съемку, мы сняли с бедного Джеффа одеяло и позволили ему наслаждаться полетом. Ли к тому времени, конечно же, настолько увлеклась воздухоплаванием, что ей захотелось, чтобы я на следующий день приобрел для нас собственный воздушный шар. Признаюсь, это было большое искушение, но все же мне удалось умерить свой и ее энтузиазм.
Солнце клонилось к горизонту, заливая окрестности нежным зеленовато- золотистым светом, а мы дрейфовали по ветру, тихо и беспорядочно, словно пух одуванчика, уверенные в том, что такой вид путешествия является самым лучшим и единственно правильным. Серия восьмая Следующее место проведения выездных съемок представляло собой разительный контраст с тем, что мы видели в Англии. Мы оставили сочный зеленый ковер анг- лийской сельской местности и оказались среди причудливых пейзажей пустыни Со- нора. У большинства людей слово «пустыня» порождает в сознании образ скучной безводной равнины, где есть лишь бесплодные пески и голые камни — места, вра- ждебные для любых форм жизни. Такое представление, конечно же, справедливо в отношении некоторых пустынь, но на Земле существуют и другие пустыни — при- чудливые и удивительные места, где живут многочисленные растения и животные, прекрасно приспособившиеся к суровой среде обитания. Одним из таких необычных уголков нашей планеты является пустыня Сонора, расположенная на юго-западе США. и занимающая территорию в несколько тысяч квадратных миль, густо населен- ных разнообразными видами животных и птиц, усеянных самыми экзотическими фор- мами кактусов и покрывающихся в сезон пышным ковром из мириад диких цветов. И вот, чтобы показать, насколько традиционное представление о пустыне отличает- ся от действительности, мы и отправились туда на съемки. Наша съемочная группа состояла из оператора Родни Чартерса, имеющего ласко- вое прозвище Роддерс, — коренастого мужчины, привыкшего все делать на бегу, даже когда у него на плече тяжелая кинокамера. Он всегда улыбается, даже в самых трудных ситуациях, и прищуренные глаза придают ему почти восточный вид. Его помощник, Малькольм Кросс, был красивым молодым человеком с роскошными усами и обладал манерами тех порядочных, крепких душой и телом англичан, ко- торые сделали империю тем, чем она была. (Именно Малькольм после окончания съемок прислал мне письмо, где написал о том, как много удовольствия он от них получил. Он закончил свое письмо следующей фразой: «Я вернулся домой в таком хорошем настроении, что моя жена теперь беременна».) Нашим звукоопера- тором был Иэн Хендри, с редкой бородкой и выразительными бездонными глазами, придававшими ему сходство с пожилым эльфом. Но, несмотря на свой вид несчаст- ного изгнанника из сказочного королевства, в своей работе он проявлял необы- чайное усердие. Первый же день в пустыне Сонора произвел на нас ошеломляющее впечатление. Мы прибыли туда ночью и поэтому не могли составить себе ясного представления о том, как выглядит пустыня, но на следующее утро, едва рассвело, мы рассе- лись по машинам и поехали посмотреть на места, выбранные Эластером для съе- мок. Начать с того, что небо было просто великолепным: там, где вставало солнце, его цвет постепенно изменялся от бледно-розового до кроваво-красного, а разбросанные по нему облака имели лиловый и желтый оттенок. На этом красоч- ном фоне вырисовывались силуэты гигантских кактусов цереусов, похожих на странные, покрытые колючками канделябры, часть которых была украшена короной из белых цветов с желтой сердцевиной. Цереус, вероятно, самый необычный как- тус в мире, поскольку его высота порой достигает пятидесяти футов, и он обра- зует целые «леса», раскинувшиеся на многие мили. Кактус достигает зрелости, когда его высота составляет всего лишь семь-восемь футов, но к этому времени ему уже исполняется пятьдесят лет. Издалека эти кактусы кажутся гофрированны- ми, словно бы сделанными из рубчатого зеленого вельвета. Вдоль каждого рубца расположены пучки жестких черных колючек длиною до двух дюймов и острых, как иглы медицинских шприцов. Процесс роста у этих колючих гигантов протекает
очень медленно. Они начинают свою жизнь в виде крохотного семечка, и первые несколько лет являются для него самыми опасными, так как маленькому кактусу приходится противостоять экстремальным перепадам температуры — от испепеляю- щей жары до заморозков, — выносить засуху и дожди. На этой стадии его могут затоптать олени, обглодать кролики или крысы. Если же ему удастся пережить все эти опасности, то дальше он будет расти медленно, но уверенно. Между семьюдесятью пятью и ста годами он имеет высоту от двенадцати до двадцати фу- тов, и в это время у него начинают отрастать боковые ответвления, придающие ему причудливую форму канделябра. Количество и расположение этих ответвлений варьируется в широких пределах, поэтому вы никогда не встретите два совершен- но одинаковых кактуса цереуса. Некоторые кактусы могут иметь лишь два ответв- ления, а у других их количество доходит до двадцати или даже пятидесяти. Це- реус, как и все остальные кактусы, суккулент, и, подобно огромной колючей бочке, он способен накапливать в своем стебле и ветвях огромное количество влаги. Плотная, покрытая восковым слоем кожица делает его превосходным резер- вуаром для воды. Колючки кактуса не только служат ему защитой от атак живот- ных, таких, как олени и длиннорогие овцы, они еще отбрасывают густую тень, предохраняя поверхность растения от перегрева в сильную жару. Когда цереус умирает, мякоть перегнивает и остается лишь высохший древесный остов — кру- жевной, переплетенный, как корзина, каркас, поддерживающий при жизни бочкооб- разный ствол и массивные ветви. Внутри этих скелетов порой можно найти стран- ные образования длиной от десяти до двенадцати дюймов, похожие на вытянутые деревянные башмаки. На самом деле это остатки птичьих гнезд. Ввиду гигантских размеров внутри кактуса поддерживается температура на несколько градусов ниже наружного воздуха, что делает его идеальным жильем для птиц. Американский со- родич большого пестрого дятла, строя по несколько гнезд за сезон, превращает цереус в своего рода колючий многоквартирный дом. После того как он выдолбит себе гнездо, кактус (в целях самозащиты) формирует вокруг раны прочный дре- весный наплыв — каллюс. Это и есть те самые странные деревянные «башмаки», которые вы можете найти внутри мертвых кактусов. Если он покидает свое гнез- до, его занимают другие птицы, такие, как совы, мухоловки, пурпурные ласточки (purple martin — Progne subis), и поэтому в одном многоквартирном цереусе мо- гут обитать три или четыре различных вида птиц. Углубившись на несколько миль в пустыню, мы остановились, чтобы пройтись по лесу из гигантских кактусов. Гигантский цереус наиболее заметен благодаря своим размерам и впечатляющему обхвату ствола, но здесь встречаются и многие другие виды кактусов, имеющие самые фантастические формы. Например, здесь растет опунция — средних размеров кактус с большим количеством плоских округ- лых отростков, так густо усеянный желтовато-коричневыми колючками, что издали они походят на мех, а само растение с его закругленными боковыми ответвления- ми напоминает традиционного плюшевого медвежонка. Тут встречается и удиви- тельное суккулентное дерево фукьерия, похожая на колонну с высоким стволом и длинными ниспадающими ветвями, усеянными короткими колючими веточками, из-за которых все растение выглядит так, словно ему срочно требуется побриться. Ли- стья на этих веточках появляются только после того, как фукьерия накопит дос- таточно влаги для их содержания. Эти фантастические растения часто описывают как гигантскую перевернутую морковь, хотя они зеленые, а не красные. Когда вы увидите такой сужающийся кверху ствол высотою шестьдесят футов с направленны- ми вниз «небритыми» ветвями, то сразу же поймете, что встретили самое необыч- ное растение пустыни. Нам посчастливилось попасть сюда в пору цветения кактусов, и поэтому вся пустыня представляла собой фантастическое буйство красок. Здесь были цветки зеленые, как нефрит, желтые, словно нарциссы, пурпурные, будто вереск, розо- вые, как цикламены, апельсиново-оранжевые и алые. Если бы вас внезапно пере-
несли в пустыню, наполненную этим колючим изобилием самых невообразимых форм и ярких восковых цветов, а затем сказали бы, что вы находитесь на Марсе, вы без колебаний в это поверили бы. Хотя пустыня Сонора очень жаркое место, воздух здесь настолько сухой, что жара почти не чувствуется. На самом деле, находясь в кактусовом лесу, всегда следует соблюдать осторожность, поскольку вы можете сильно обгореть, сами то- го не заметив. И, конечно же, дополнительную опасность представляют сами как- тусы , которые окружают вас со всех сторон, держа свои колючки наготове. На- пример, попробуйте задеть опунцию, и вы сразу же поймете, насколько обманчиво ее сходство с милым пушистым медвежонком. Потом вы битый час будете выщипы- вать ее колючки из рубашки или брюк. Жизни нашего Эластера, который всюду пе- редвигается бегом и постоянно спотыкается о собственные ноги, большую часть времени, проведенного нами в Соноре, угрожала смертельная опасность. Однажды, энергично отступая спиной вперед, чтобы найти наилучший ракурс, он налетел на невероятно колючий и неуступчивый кактус цереус, который рос на этом месте не менее ста лет и поэтому не видел никаких причин уступать дорогу режиссеру фильма. При попутном ветре вопли Эластера были бы слышны даже в Лондоне. Нам очень повезло в том, что нам оказывали огромную помощь сотрудники Музея пустыни Сонора — уникального заведения, где основную часть экспозиции пред- ставляют живые животные, а не их чучела. Нам, конечно же, позволили одолжить у музея часть наших кинозвезд, большинство из которых были ручными. Но, как оказалось, ручные животные имеют свои недостатки. Мы хотели показать в своем фильме известный способ ловли ящериц (который я сам с успехом использовал в разных частях света) с помощью петли из лески, привязанной к палке. Вот как это делается: вы осторожно подкрадываетесь к ящерице, плавным движением наки- дываете ей на шею петлю — быстрый рывок, и она у вас в руках. Чтобы продемон- стрировать эту технику, мы одолжили у музея одного из старейших его обитате- лей — огромную почтенную игуану. Эти ящерицы, достигающие в длину до двух фу- тов, имеют толстое рыжевато-коричневое тело, широкую морду, своим выражением напоминающую Черчилля (не хватает только сигары), и очень мощный хвост. Поза- имствованную нами игуану звали Джо, и он взирал на нас с такой важностью, словно только что закончил произносить речь общемирового значения. Мы объяс- нили ему со всей деликатностью, в чем заключается его роль, — всего лишь жи- вописно развалиться на камне среди песка, подождать, пока Ли подкрадется со спины и накинет петлю на его жирную шею, а затем, почувствовав, что петля за- тянулась , начать извиваться и брыкаться изо всех сил, будто он слабоумная ди- кая игуана, а не тот, кто наслаждается преимуществами своего привилегирован- ного положения в Музее пустыни Сонора на протяжении последних двадцати пяти лет. По высокоинтеллектуальному выражению на его физиономии мы пришли к за- ключению, что все наши инструкции приняты к сведению, а поскольку роль была еще и без слов, это позволяло надеяться на то, что он справится с ней с бле- ском. Эластер окончательно уверовал в то, что перед ним восходящая кинозвез- да , и даже дошел до того, что потрепал Джо по голове, пробормотав: «Хорошая змеюка». Однако, после того как камеры были установлены и Ли, вооруженная палкой с петлей на конце, уже ожидала сигнала к началу съемок, с Джо произошла стран- ная перемена. Продолжая сидеть на своем камне, он внезапно перестал быть той подвижной, живой игуаной, которой мы все его знали и любили. Охваченный тем, что, по всей видимости, являлось распространенной среди рептилий формой стра- ха перед публикой, он застыл в абсолютно неподвижной позе, напоминая творение рук искусного таксидермиста. Даже когда затянувшаяся на шее петля оторвала его от камня, он не мигал и не двигался, будто бы и в самом деле до самого кончика хвоста был набит опилками. Более того, ничто уже не могло вывести его из состояния транса. Мы кричали на него, махали перед ним руками, бросали ему
под нос аппетитных жуков, но все было напрасно. Джо по-прежнему оставался не- подвижен, словно каменное изваяние. Нам ничего не оставалось, кроме как с по- зором вернуть его в музей. Со змеями нам повезло значительно больше. Стивен Хейл, который был нашим консультантом-герпетологом и заведующим террариумом, приехал на нашу съемоч- ную площадку в пустыне с полными мешками змей, извивающихся в багажнике его грузовичка, — зрелище, от которого наиболее слабонервные члены нашей съемоч- ной группы почувствовали легкую дурноту. Гремучая змея с ромбовидным узором на спине пребывала в дурном настроении и начала трещать задолго до того, как подошла ее очередь покинуть свой мешок и появиться перед камерой. Это была очаровательная змея изысканной расцветки, и она неутомимо протрещала в тече- ние всей своей долгой сцены, злобно бросаясь на все, что попадало в пределы досягаемости. Арлекиновый аспид, своим ярким узором в розовую, красную, чер- ную и желтую полоску напоминающий эпатирующий шелковый итальянский галстук, доставил нам больше всего хлопот. Он продемонстрировал беспрецедентную ско- рость и скрылся между камней в мгновение ока. Но, вероятно, самой красивой и, совершенно определенно, самой дружелюбной змеей оказался пятифутовый амери- канский уж, покрытый иссиня-черной сверкающей чешуей в ярко-желтую полоску. У него были огромные влажные глаза и чуть приподнятые уголки рта, что придавало ему необычайно кроткое выражение, поскольку казалось, что он все время за- стенчиво улыбается. Он покорно позволял поймать себя петлей из лески и палкой с раздвоенным концом, находить себя на камнях и под ними, неутомимо ползал между кактусов и других пустынных растений. Кроме того, он не возражал против того, чтобы его бесконечно брали на руки, и нежно обвивался вокруг пальцев, рук и шеи Ли. И только в самом конце, после того, как Эластер сказал Ли: «Ну а теперь положи эту ящерицу вот на этот камень», оскорбленная змея поверну- лась и укусила ее. К счастью, ужи, как известно, не ядовиты. Калифорнийская бегающая кукушка. Одним из самых интересных моментов наших съемок в пустыне, по крайней мере, для меня, стала встреча в естественных условиях с моей самой любимой птицей — калифорнийской бегающей кукушкой. Со своим безумным взглядом, забавным торча- щим хохолком и манерой бега вприпрыжку, придающей ей поразительное сходство с длинноногими бегунами, калифорнийская кукушка, несомненно, является одной из
самых комичных и привлекательных птиц. Нам удалось снять на пленку любопытный эпизод, наглядно демонстрирующий, что в суровых условиях пустыни ничто не пропадает впустую. Мы нашли гнездо с тремя птенцами калифорнийской кукушки, и один из них был мертв. К нашему изумлению, когда мать это обнаружила, она взяла мертвого кукушонка и стала скармливать его одному из оставшихся птен- цов . Когда мы видели их в последний раз, птенцу удалось проглотить голову и шею своего мертвого братца, в то время как тело свисало у него из клюва. По всей видимости, такой метод поглощения пищи достаточно распространен у кали- форнийских кукушек, поскольку нередко они ловят и убивают змей, которые слиш- ком велики для того, чтобы проглотить их за один присест. В таком случае они проглатывают столько, сколько смогут, а то, что не влезло, остается свисать снаружи. После того как половина змеи успешно переварится, они заглатывают оставшуюся половину. Именно в ходе наших съемок в пустыне у нас выдался один из тех ужасных дней, которые превращают кинопроизводство в такой непредсказуемый и нервозный процесс для всех, кто в нем участвует. Стремясь отразить все аспекты пустын- ных условий, мы сняли пустыню с кактусами, пустыню с кустарниками, пустыню с камнями и полупустыню с травой. Нам осталось лишь снять то, что большинство людей считают типичной пустыней — мили и мили песчаных дюн. Проводя рекогнос- цировку местности, Эластер нашел идеальную съемочную площадку в пятидесяти милях от нашей гостиницы. Там трехсот- и четырехсотфутовые дюны, живописно вылепленные дождем и ветром, простираются во всех направлениях до самого го- ризонта. Более того, прямо через эту область проходила крупная автомагист- раль , что максимально упрощает к ней доступ. Эластер расписывал эти дюны, не жалея красок, и у меня сложилось твердое убеждение, что рядом с ними померк- нут пески Внутренней Монголии, Гоби и Сахары. И вот, испытывая радостное воз- буждение от перспективы снять сцены, которые смогут соперничать, если не пре- взойти, все то, что смог показать Голливуд в фильме «Beue Geste»,1 мы встали очень рано и отправились навстречу восходу, туда, где на фоне золотистого не- ба высвечивались алые и пурпурные, тонкие, как перышки, облака. Когда Эластер ездил в Калифорнию и увидел дюны, так потрясшие его своим безмолвным величием, был один из будних дней. Мы же выехали туда в воскресе- нье, и когда после нескольких часов езды мы, наконец, прибыли на место, нашим глазам предстала картина, совсем не похожая на то, что нам описывал Эластер. Да, здесь и в самом деле были огромные, красиво вылепленные дюны; они прости- рались во всех направлениях до самого горизонта; они выглядели в точности так же, как голливудская пустыня, и в любую минуту можно было ожидать, что сейчас из-за ближайшего бархана верхом на лошади появится Рамон Наварро. Однако вме- сто персонажей голливудского вестерна мы увидели здесь добрых две трети насе- ления Калифорнии, а также необычайно шумные и вонючие автомобили-багги, вы- трясающие душу из песчаных дюн. Их здесь было целые сотни — скользящих, под- прыгивающих, ревущих и завывающих, — и, конечно же, проводить звукозапись в таких условиях было просто немыслимо. На самом деле мы едва слышали друг друга, не говоря уже об отвлекающем воз- действии полудюжины багги, кружащих рядом с нами по песку; в них имелся широ- кий выбор полураздетых и пышногрудых юных дам. Мы в отчаянии продвигались все дальше и дальше, надеясь найти необитаемый участок дюн, но повсюду были баг- ги , жужжавшие, словно растревоженное осиное гнездо. В конце концов Эластер предложил вернуться назад, к началу дюн (где, как нам казалось, было несколь- ко поспокойнее), и ограничиться съемкой без звука. Сидевший за рулем Родни, не испытывавший должного уважения к законам страны, развернулся посредине 1 Известный фильм режиссера Уильяма Уиллмана о французском легионе, снятый в 1939 году. — Прим. перев.
шоссе и поехал в обратную сторону по той же дороге. Через несколько секунд (или нам так показалось) вертолет Большого Брата (набитый полицейскими) доло- жил по рации о нашем страшном преступлении патрульной машине, и под завывание сирены нас догнали и прижали к обочине. Полицейский в черной униформе, вру- чивший нам квитанцию о штрафе, выглядел устрашающе. Не говоря уже о его пис- толете (вы инстинктивно чувствовали, что он может попасть из него в туза с расстояния в четыре тысячи футов) ; он был сложен, как гора Эверест, и, по всей видимости, не только владел приемами бокса, карате и джиу-джитсу, но и мох1 летать не хуже Супермена, если вы его на это спровоцируете. Тихий голос и вежливые интонации делали его внешность еще более угрожающей. Даже Эластер, никогда не испытывавший особого уважения к властям, и тот стушевался перед этим образчиком мужественности, который, казалось, в одиночку мог одолеть все ЦРУ. Мы покорно взяли нашу квитанцию. Мы доехали до того места, где начинались барханы, и Эластер обратил наше внимание на то обстоятельство, что если с одной стороны дороги багги присут- ствовали в изобилии, то с другой стороны их не было совсем. И вот, следуя указаниям нашего режиссера, мы свернули с шоссе на колею, петляющую между дю- нами. Очень скоро мы поняли, почему на этой стороне шоссе полностью отсутст- вовали багги. На участке дороги, наиболее удаленном от автомагистрали и циви- лизации, наша машина провалилась в песок по самые оси и намертво застряла. Пола, Ли и я прошли две мили до шоссе, а затем еще две мили до ближайшего га- ража, где имелся грузовик, способный вытащить нашу машину из песка. Мы верну- лись в свою гостиницу лишь поздно вечером, в состоянии крайнего раздражения, сожалея не только о потраченном впустую дне, но также и о том, что мы задол- жали полицейскому управлению двадцать пять долларов. Но это был наш единственный неудачный день; остальные съемки в пустыне про- шли просто превосходно. Погода стояла чудесная, начиная с восхода, когда вос- хитительные зеленые, розовые и лиловые облака постепенно таяли в первых лучах солнца, окутывающего кактусы золотистым маревом, и до позднего вечера, когда огромное небо (в пустыне оно почему-то кажется в два раза выше) окрашивалось в багрянец и пурпур такой необычайной глубины, что знаменитые закаты Тернера в сравнении с ними показались бы анемичными. Одной из замечательных особенностей съемок нашего сериала была быстрая сме- на декораций. Только что вы утопали по колено в снегу, а в следующую минуту обливаетесь потом в тропическом лесу. Вот вы плывете в лодке по английской реке, а через мгновение вы уже находитесь в каноэ, плывущем над коралловым рифом. И вот, в данном случае, мы покинули леса гигантских кактусов Аризоны и вылетели на встречу с холмистыми саваннами Южной Африки, в крупнейший природ- ный резерват с чудесным названием, словно бы позаимствованным у Райдера Хаг- гарда, — Умфолози. Приближение к этому удивительному месту служит самым радикальным и дейст- венным средством, открывающим глаза на всю серьезность современных экологиче- ских проблем из всех когда-либо испытанных мной. Вы едете миля за милей по зеленой холмистой саванне, которая смутно напоминает вам уголки родной Анг- лии. Вы также смутно сознаете, что росшие здесь леса были сведены, чтобы ус- тупить место этой саванне, которая хотя и кажется плодородной и зеленой, в действительности вся почва здесь выжжена, эродирована и вытоптана скотом. Но все эти мысли достигнут вашего сознания лишь после того, как вы достигнете Умфолози. Вы едете через эти пологие зеленые холмы, покрытые редкой расти- тельностью, и тут внезапно видите перед собой ограду, а за ней ту Африку, ка- кой она была до появления здесь белого человека и демографического взрыва среди африканцев. Великолепные заросли акации, сочные луга, гигантские пуза- тые баобабы — вся эта пышная растительность, которую нужно увидеть, чтобы по- верить в ее существование.
Те из читателей, кто, подобно мне, уже топчется на границе весьма зрелого возраста, возможно, помнят Джуди Гарланд в фильме «Волшебник страны Оз». В самом начале ее домик подхватывает ураган и переносит через радугу. До этого момента фильм черно-белый, но как только домик вновь оказывается на земле и Джуди Гарланд робко приоткрывает дверь, краски «Technicolor» предстают во всем своем великолепии. Приближение к Умфолози произвело на меня примерно та- кое же впечатление. Вы едете, наблюдая вокруг себя лишь созданный человеком и им же оскверненный ландшафт, но не сознаете полностью, что сделали с природой представители вашего вида, поскольку рядом нет цветных кадров для сравнения. Но стоит оказаться у ограды, за которой находится кусочек первозданной Афри- ки, и даже такие люди, как я (хорошо знакомые с мировыми проблемами охраны окружающей среды), испытывают настоящее потрясение. Вы внезапно понимаете, что всю дорогу ехали по некоему подобию искусственной пустыни и вот, наконец, прибыли в оазис — за стальными прутьями. Попав на территорию резервата, вы замечаете не только разительный контраст в растительности, но также и то, что окружающий ландшафт ожил за счет много- численных животных. Зебры, в полосатых костюмах викторианских денди, скакали легким галопом рядом с машиной, игриво перебирая копытами. Неподалеку от них выделывали курбеты голубые гну, чьи причудливо изогнутые рога заставляли вас подумать, что они смотрят на вас через очки. Для таких нескладных созданий они поразительно проворны. Стадо бегущих антилоп гну больше всего напоминает балет, поскольку они постоянно разворачиваются, прыгают и скачут, в одно мгновение почти встают на голову, а в следующее — взмывают в воздух и совер- шают сложный пируэт. Когда зебры и гну скакали среди кустарника, они спугива- ли стайки пурпурно-фиолетовых скворцов и небольшие группы птиц-носорогов с огромными крючковатыми клювами и алыми сережками. Они вышагивали торжествен- но, словно солдаты караульной службы, и взирали на нас огромными выразитель- ными глазами, окаймленными густыми, необычайно сексуальными ресницами. Мы проехали по парку еще около мили, когда увидели его главного обитателя — бе- лого, или широкомордого, носорога. Эти гигантские, величественные животные (самые крупные наземные млекопитающие после слона) одно время находились на грани полного исчезновения. К счастью, в последний момент были приняты меры по спасению этого древнего великана, и теперь в Умфолози, как и других частях Южной Африки, их численность постепенно увеличивается. Встреченный нами круп- ный самец величественно вышагивал между деревьями, и его огромную голову ук- рашал четырехфутовый рог, изогнутый, как ятаган. Несколько птиц сидели на его спине, словно украшения на каминной полке. Время от времени, когда массивные ноги носорога прочесывали траву, беспокоя мелких животных или кузнечиков, птицы слетали со своего движущегося насеста, ловили насекомое и возвращались на спину носорога, чтобы съесть его там. Мы остановили машину в тридцати фу- тах от него, носорог тоже встал и внимательно осмотрел нас безмятежным взгля- дом. Затем, глубоко вздохнув, он пересек дорогу перед нами и скрылся в зарос- лях акации. Проехав еще не более полумили, мы наткнулись на группу животных, которых я считаю самыми красивыми среди всех млекопитающих, — жирафов. Их было пятеро: трое неторопливо объедали верхушки акаций, в то время как двое других, у ко- торых, очевидно, был медовый месяц, вели себя с потешной безрассудностью. По- вернувшись друг к другу, они так хитроумно переплетали шеи, словно были лебе- дями, а не жирафами. Они обменивались жаркими поцелуями, просовывая языки в рот партнеру с таким сладострастием, которое можно увидеть разве что во фран- цузском фильме и которое никак не ассоциируется с жирафами. Подобно всем влюбленным, им не было никакого дела до всего происходящего вокруг, и даже когда мы, выйдя из машины, подошли достаточно близко, они не обратили на нас ни малейшего внимания. Распрощавшись с жирафами, мы подъехали к на редкость
непривлекательному комплексу блочных зданий, построенных южноафриканским пра- вительством, чтобы продемонстрировать туристам свою любовь и заботу. Это было примерно то же самое, что жить в плохо спроектированном общественном туалете, но окружающая нас природа с лихвой компенсировала все бытовые неудобства. Белый носорог. Нашим оператором здесь был еще один Родни — Родни Борланд и его жена Мойра. Работая вместе, они сняли несколько превосходных фильмов о дикой природе и знали африканский буш далеко не понаслышке. Именно в это время у Эластера начался бурный и продолжительный роман со златокротом. Вероятно, такое заявление требует некоторых пояснений. Я с само- го начала торжественно заявил, что не собираюсь ехать в Южную Африку, если мне не устроят встречу с животным, которое давно интересовало меня, — злато- кротом. Существует несколько видов этого странного животного, и хотя у него есть достаточно сильное сходство с европейским кротом, он отличается от него главным образом необычайно шелковистым мехом, сверкающим, как золотая кани- тель . Держа в уме мое настойчивое желание, Эластер не остановился ни перед какими трудностями и, связавшись с кем-то в Дурбане, одолжил в зоопарке зла- токрота для наших съемок. Это было очаровательное создание с маленькими глаз- ками, придававшими ему поразительное сходство с близоруким человеком, поте- рявшим свои очки. Около пяти дюймов в длину, он выглядел как мохнатый слиток золота, скребущийся в своем ящике с землей. Как большинство насекомоядных (в действительности златокроты питаются в основном почвенными беспозвоночными, а также безногими ящерицами, поэтому вряд ли его можно назвать насекомоядным), златокрот был необычайно прожорлив, и для поддержания хорошего настроения ему требовалось около трехсот ярдов червей ежедневно. По какой-то непонятной при- чине у Эластера зародилась сильная привязанность к этому маленькому любопыт- ному существу. Он называл его Мактавиш, выкапывал огромное количество червей ему на завтрак, обед и ужин, а по ночам держал его в своей комете. Но он при- знавал, что Мактавиш на протяжении всей ночи пытается выбраться из своей ко- робки, и ему доводилось знать менее беспокойных сожителей. Хотя златокрот имеет внешнее сходство с европейским кротом, они не являются родственниками, и их схожесть объясняется тем, что они одинаково приспособились к подземному образу жизни и у них обоих выработались такие характерные черты, как сильные передние лапы для рытья, слабо развитые глаза и крепкий, подвижный кончик но-
са. Как я уже говорил, при обычном освещении Мактавиш имел золотистый цвет, но если солнечные лучи падали на его блестящую шерстку под определенным уг- лом, то он становился зеленым, лиловым и даже пурпурным — просто поразитель- ное свойство для млекопитающего! Однажды ночная деятельность Мактавиша увен- чалась успехом. Он обнаружил в своей коробке слабое место и с помощью мощных передних лап расширил его до отверстия нужного размера. За завтраком убитый горем Эластер поведал нам о том, как, поднявшись с постели, он обнаружил про- пажу своего любимца. К счастью, мы успели снять все основные сцены с Мактави- шем, прежде чем он осуществил свою давнюю мечту о свободе. Готтентотский златокрот. В этой серии мы, кроме всего прочего, хотели показать то, что различные травоядные обитатели саванны имеют свои определенные зоны кормления, и, на- пример, жирафы объедают верхушки акаций, в то время как антилопы куду ощипы- вают листья на нижних ветвях деревьев. За счет такого деления на различные уровни кормления снижается конкуренция, и запасы корма распределяются более равномерно. Мы решили, что для того, чтобы наилучшим образом продемонстриро- вать этот принцип, нам следует взять две крайности — животное, которое объе- дает самые верхушки деревьев, и того, кто кормится на уровне земли. Поэтому в качестве наших примеров мы выбрали жирафа и черепаху. После длительных поисков нам, наконец, удалось найти большую черепаху, рас- положившуюся в тени баобаба и, по всей видимости, пребывающую в состоянии глубокого транса. Увидев эту рептилию, Эластер, который уже начал нервничать после долгого отсутствия черепах, с радостными криками выскочил из машины и, взяв черепаху на руки, похлопал ее по животу. Это не самый лучший способ об- хождения с черепахой, даже когда она полностью бодрствует. Поступить же так с той, которая, расположившись под баобабом, не торопясь повторяет про себя од- ну из самых длинных и скучных поэм Теннисона, равносильно катастрофе. Все че- репахи имеют большой, эластичный мочевой пузырь, и наша явно не представляла собой исключение. Сказать, что Эластер промок насквозь, значит сказать слиш- ком мало. Он был очень расстроен. — Никто не предупредил меня, что черепахи писают, — повторял он жалобным тоном. — Никто не предупредил меня, что они писают так много. Итак, посадив облегчившуюся черепаху в коробку и сделав все возможное для того, чтобы обсушить Эластера, мы отправились на поиски жирафа. Разумеется,
как всегда бывает в таких случаях, все жирафы куда-то исчезли. Обычно весь окружающий мир был усеян жирафами, а теперь мы не сыскали и одного. Однако, проколесив по саванне несколько часов, мы все-таки нашли одного — крупного, красиво раскрашенного самца, пасущегося среди акаций. Жираф. Идея Эластера заключалась в том, что я должен подойти к жирафу как можно ближе, держа на руках черепаху. Опустив черепаху на землю, я поворачиваюсь лицом к камере и начинаю рассказывать о привычке жирафа ощипывать листья на верхушках деревьев, затем говорю о том, что антилопы пасутся на среднем уров- не, а в самом низу кормится такое травоядное животное, как черепаха. Здесь я должен наклониться и снова взять черепаху на руки. Как это бывает с большин- ством идей Эластера, рассказать ее оказалось проще, чем осуществить. Я выбрался из машины и, держа в руках возмущенно шипящую черепаху, напра- вился в сторону жирафа. Жираф наблюдал за моим приближением с выражением пол- ного недоверия на морде. На протяжении всей своей долгой и счастливой жизни ему еще ни разу не доводилось сталкиваться с тем, чтобы его завтрак был пре- рван появлением человеческого существа с разгневанной черепахой на руках, и он не был уверен, что это именно тот опыт, который следует испытать. Он встревожено фыркнул и перешел на другую сторону акации, после чего осталась видна лишь его голова. — Нет, так не пойдет, — прошипел Эластер. — Мне нужно все его тело. Я медленно ходил за жирафом вокруг акации, а он так же медленно удалялся от меня, все время оставляя между нами достаточно большую часть колючего дерева. Я продолжал его преследовать, и в течение достаточно долгого времени мы все ходили и ходили вокруг дерева, словно бы танцуя старомодный вальс. — Так тоже не пойдет, — сказал я Эластеру. — Тебе следует передвигать свою чертову камеру.
Камера пришла в движение, и после нескольких туров вальса вокруг дерева мне, наконец, удалось поставить жирафа в позицию, которая устраивала бы моего режиссера. — Отлично, — радостно произнес Эластер. — А теперь положи эту штуковину и начинай свой рассказ о зебрах. Опустив черепаху на землю, я выпрямился и начал свой долгий захватывающий рассказ о том, как кормятся жирафы, заодно описав особенности питания других копытных. — Итак, — произнес я, завершая выступление, — благодаря существованию изби- рательной манеры питания пища распределяется равномерно от макушек деревьев до уровня земли, где вы можете встретить такое травоядное животное, как это. Я нагнулся вниз, чтобы взять на руки черепаху, но, к своему удивлению, об- наружил , что ее там нет. С беспрецедентной для такой рептилии скоростью она сбежала и уже успела отползти на пятьдесят футов, направляясь к миру и спо- койствию зарослей акации. Нет нужды говорить, что вся сцена была испорчена. Следующая идея Эластера была не менее блистательной: он хотел снять вводную сцену, где я рассказываю о месте съемок очередной серии нашей программы, стоя, так сказать, рука об руку с белым носорогом. Эта идея настолько сильно завладела его воображением, что в течение трех последующих дней мы занимались только тем, что колесили по саванне в поисках белых носорогов. У нас не было проблем с тем, чтобы их найти, поскольку парк был просто наводнен носорогами. Трудность заключалась в том, что нам требовалось найти носорога, согласного сотрудничать с Эластером. Например, как-то раз мы увидели дородную мамашу с упитанным ребенком, по-компанейски прохлаждающихся в одной луже с буйволом. Спина и плечи буйвола были покрыты слоем высохшей и потрескавшейся грязи, из- за чего создавалось впечатление, что на нем надета серая мозаичная головолом- ка. Самка носорога и ее малыш не замечали нашего присутствия, и если бы не буйвол, то, вполне возможно, мне удалось бы подойти к ним достаточно близко и завершить сцену, к полному удовольствию Эластера. Он стоял по самое брюхо в мутной жиже, погрузившись в то мечтательное состояние, которое охватывает всех буйволов, когда они приближаются к воде. И тут, увидев меня, вылезающего из машины, он открыл глаза и испуганно вздрогнул. К тому времени его массив- ная туша настолько глубоко увязла в грязи, что, когда буйвол попытался выско- чить из лужи, задние ноги застряли, и, повалившись набок, он начал бешено ба- рахтаться. Носороги, вполне естественно, восприняли это как сигнал о какой-то не замеченной ими опасности, и, после того как буйвол, наконец, поднялся на ноги, вся троица поспешно покинула лужу и с громким топотом скрылась за де- ревьями. Подобные ситуации повторялись снова и снова. Носороги, будучи близо- рукими, компенсируют этот недостаток необычайно острым слухом и хорошим обо- нянием. К тому же они крайне подозрительны, вероятно, из-за плохого зрения, хотя для меня так и осталось загадкой, какие враги могут быть у животных та- ких солидных размеров. Короче говоря, все наши попытки снять меня бок о бок с носорогом заканчивались неудачей, и было похоже, что нам придется покинуть Южную Африку без этой жизненно важной вводной сцены, на которую так рассчиты- вал наш режиссер. И вот, в последнее утро нашего пребывания в резервате, под стоны отчаяния всей съемочной группы, Эластер настоял на том, чтобы совершить последнюю по- пытку свести меня и носорога вместе. Было еще очень рано, и, как мне кажется, именно по этой причине мы преуспели, поскольку старый массивный самец, кото- рого мы, наконец, нашли, выглядел очень сонным, словно он лишь минуту назад поднялся с постели. Мы осторожно подъехали к нему на машине, все время дер- жась с подветренной стороны. Когда до носорога оставалось около сорока футов, мы выключили двигатель и начали шепотом обсуждать ситуацию, в то время как гигантское животное стояло на месте, подозрительно подергивая ушами. Он смут-
но сознавал, что рядом что-то происходит, но не знал точно, что именно. Нам на руку было еще и то обстоятельство, что на нем не сидело ни одной птицы, которые неизбежно подняли бы тревогу, заставив своего скакуна умчаться прочь. — Ну а теперь, — прошептал Эластер, — я хочу, чтобы ты вышел из машины, по- дошел к нему как можно ближе, а затем повернулся лицом к камере и произнес свое вступительное слово. — Спасибо, — сказал я. — А ты между тем будешь прятаться в безопасном авто- мобиле . — Я буду мысленно с тобой, — пообещал Эластер. И вот, надеясь на то, что все слышанные мною истории о том, как просто увернуться от близорукого носорога, когда он бросается на вас в атаку, были правдивы, я вышел из машины. После того как я покинул безопасное убежище и начал приближаться к носорогу, он почему-то стал в два раза больше. Медленно, затаив дыхание и стараясь не наступать на сухие веточки, я подкрадывался к нему все ближе и ближе. Носорог наклонил гигантскую голову, фыркнул и, резко дернув ушами, издал звук, похожий на щелканье хлыста, что, разумеется, не до- бавило мне уверенности. Его рог не только казался мне в два раза выше Эйфеле- вой башни, но и гораздо острее. Когда до зверя оставалось около двадцати фу- тов, я решил, что это именно то расстояние, которое лучше всего подходит для съемки. Затем, сделав глубокий вдох, я отважно повернулся к носорогу спиной и, широко улыбаясь в камеру, стараясь не показывать свой страх, начал вступи- тельное слово. Дойдя почти до середины, я услышал позади гулкий шуршащий звук, который унес несколько лет моей жизни. Я уже ожидал, что в следующую секунду меня подденет и оторвет от земли кончик этого загнутого, словно ята- ган, рога. Будто бы — невзначай, я бросил быстрый взгляд через плечо и с ог- ромным облегчением увидел, что носорог, развернувшись, направился в противо- положную сторону, сердито пыхтя себе под нос. Я снова повернулся к камере и закончил свою речь без малейшей дрожи в голосе, но все же должен признать, что стоять спиной к носорогу весом в две тысячи фунтов было самым тяжким ис- пытанием , пережитым мною в Южной Африке. Серия девятая Итак, из африканской саванны мы вернулись в английскую весну. Ранняя весна в Англии может поражать своей тонкой красотой: бледно-голубое небо, берега рек украшены гирляндами сливочно-желтых первоцветов, по лесу стелется таинст- венная сизо-голубая дымка колокольчиков, по полянам разлито золото лютиков и калужниц, первое слабое мерцание зеленых почек на деревьях и бледное, но уже теплое солнце. Но только не в том случае, если вы снимаете фильм. Наша следующая серия была посвящена английским прудам и рекам, где можно найти массу интересного, особенно весной, когда у всех водных обитателей — от жаб и тритонов до выдр и мух однодневок — начинается брачный сезон. Но только не в эту весну. Это была чисто кинематографическая весна со свинцовым небом, арктическим холодом, сопровождавшимся дождем, градом, слякотью, и наконец, когда мы уже думали, что погода исчерпала все свои трюки, пошел снег. Живописный пруд, ко- торый Джонатан выбрал за прозрачную янтарную воду, близкую по цвету к бледно- му хересу, превратился в грязную, мутную лужу, в которой ничего нельзя было увидеть. Река Уай, где находилась наша вторая съемочная площадка, обычно ве- село журчавшая по каменистому ложу, прозрачная, как расплавленное стекло, взбаламученной грязью и плывущими по ней обломками была превращена в то, что напоминало поток лавы, извергнутой из недр рассерженного вулкана, к тому же
страдающего несварением желудка. Нет нужды говорить, что все это производило на Джонатана самое удручающее впечатление, и каждый раз, когда он выглядывал в окно, он — мысленно — падал на свой меч. Мы метались между двумя съемочными площадками (расположенными, как водится, в противоположных концах страны) в напрасной надежде на улучшение погоды. Пола пребывала в отчаянии, потому что она, как продюсер, отвечала за поддержание высокого морального духа всех чле- нов съемочной группы, но по климатическим условиям это было невозможно. Вдо- бавок ко всему в ходе съемок предыдущих серий ее и Джонатана угораздило влю- биться друг в друга, причем так сильно, что они собирались пожениться сразу же после окончания съемок. Поэтому, в качестве прелюдии к нормальной семейной жизни, для Джонатана было вполне естественно во всех капризах погоды обвинять свою суженую. Это было тяжелое время для нас всех. — Послушай, милый, почему бы нам не снять то, как Ли проходит на каноэ че- рез пороги? — вполне разумно предложила Пола. — Ведь в этом эпизоде прозрач- ность воды не имеет никакого значения. — Отличная идея, — сказала Ли, сгоравшая от нетерпения испробовать свои си- лы в водном слаломе. — Давай сделаем это, Джонатан. — Такому садисту, как ты, будет приятно посмотреть на то, как моя жена рис- кует жизнью в страшных водоворотах, и твое настроение после этого, конечно же, улучшится, — съязвил я. — Да, — мрачно произнес Джонатан, — Пожалуй, мы так и сделаем. Итак, мы собрали наши вещи и, покинув грязно-коричневый пруд, отправились туда, где река Уай бежит и петляет среди черных скал. Здесь темные струи воды с ревом и грохотом напирали на камни, поднимая брызги и образуя облака пены. Ли, пребывая в приятном возбуждении, нарядилась в алый гидрокостюм и ярко- желтый защитный шлем, который оказался ей очень к лицу. Затем она втиснулась в длинное, хрупкое на вид каноэ и выплыла на спокойный участок реки, чтобы взять свой первый и единственный урок. Благодаря своему женскому упрямству уже через полчаса она управляла каноэ с таким же (если не большим) профессио- нализмом , что и ее инструктор. Цель всей этой затеи заключалась в том, чтобы показать, как человек, управ- ляющий каноэ, может использовать силу реки себе на пользу — вода служит ему для продвижения вперед, различные потоки помогают маневрировать, а круговые течения в излучинах реки позволяют отдохнуть и набраться сил. Затем при помо- щи этих кадров мы собирались проиллюстрировать жизнь животных, обитающих в бурных водах и использующих точно такие же приемы для выживания. Итак, одна камера была установлена среди камней напротив порогов, а Ли, сидя в своем ка- ноэ в четверти мили выше по течению, ожидала сигнала к началу съемки. На носу каноэ была установлена миниатюрная камера, и вдоль борта от нее тянулся про- вод к кнопке, расположенной рядом с тем местом, где сидела Ли. Идея заключа- лась в том, что, приблизившись к бурунам, она нажимает кнопку, снимает круп- ным саму себя и то, как вода захлестывает ее, пока каноэ лавирует среди волн. Между тем другая камера, расположенная на берегу, снимает то же самое, только общим планом. И вот каноэ отправилось вниз по реке, скользя между зазубренных черных скал, подскакивал на сверкающих струях воды, зарываясь носом в хлопья пены, словно свинья, отыскивающая трюфели в букете белых роз. Должен сказать, что Ли управляла своей хрупкой лодкой с такой уверенностью, будто занималась этим всю свою жизнь, но я все равно испытывал за нее сильное волнение и вздохнул с облегчением, когда она наконец преодолела порог и остановила каноэ на спокойной воде. Но тут мы обнаружили, что хотя она вовремя включила камеру на носу каноэ, но, энергично работал веслом, чтобы избежать столкновения с камнями, вероятно, снова ударила по кнопке и случайно выключила камеру. Нам ничего не оставалось делать, кроме как повторить все еще раз. Каноэ вновь от- несли на четверть мили вверх по течению, и, забравшись в него, моя жена (ра-
зумеется, уже почувствовавшая себя матерым морским волком) еще раз прошла че- рез пороги. Каноэ скользило по воде и подскакивало, как мечущий икру лосось, но, к счастью, на этот раз камера работала до самого конца. Как ни трудно себе это представить, но все величайшие реки мира, такие, как Амазонка, Нил и Миссисипи, берут одинаково скромное начало — в виде маленько- го, бьющего из-под земли родника — и лишь затем, по мере приближения к морю, набирают мощь и энергию. Из тоненького ручейка они превращаются в широкие, величественные реки. Все реки, большие и маленькие, являются венами и арте- риями земли, и на всем своем протяжении они дают пищу и пристанище огромному количеству живых существ, обитающих в воде, на воде или по берегам. Никому не покажется удивительным, что в спокойной воде пруда обитает множе- ство живых существ; значительно труднее принять тот факт, что очень многие из них прекрасно адаптировались к жизни в беспокойных водах рек с быстрым тече- нием. Мы уже сняли некоторых наиболее необычных речных обитателей; эти съемки проводились в искусственно контролируемых условиях, чтобы иметь возможность запечатлеть крупным планом то, как эти существа умудряются выжить в кипящем речном водовороте. Возьмем, для примера, личинку обычного ручейника. В любом пруду вы можете найти тех, кто сплетает себе трубчатый чехольчик из шелковой нити, чтобы в нем жить, а затем маскирует его снаружи песчинками или малень- кими обломками растений. (В детстве, поступая достаточно нечестно по отноше- нию к личинке ручейника, я извлекал ее из домика и, пока она плела себе дру- гой, обеспечивал ее материалами различных цветов, такими, как кирпичная пыль или грифельный порошок, получая, таким образом, разноцветный домик ручейни- ка. ) Ручейник и его личинка с домиком. Если в стоячей воде пруда камуфляжа из обломков растений вполне достаточно, то в быстрых ручьях или реках личинкам требуется нечто более существенное для того, чтобы закрепить свой домик на месте, и для этой цели личинки используют маленькие камешки, которые для них большие, как валуны. Обследуя каменистое дно ручья, порой испытываешь сильное удивление, увидев, как то, что казалось кучкой камешков, начинает медленно отползать в сторону. Другой вид ручейников не строит себе шелковистый кокон, а вместо этого справляется с течением иным способом, обращая его себе на пользу. Личинка находит себе пещерку между ка- мешками, а затем сплетает сеть перед входом в свой домик, прикрепляя ее края к камешкам, чтобы ловушку не унесло течением. После этого, словно старая дева викторианских времен, она прячется за кружевной занавеской и терпеливо ждет, когда щедрая река наполнит ее сеть едой. Другое создание, которое, несмотря на свой малый размер и хрупкое строение,
прекрасно справляется с суровой стихией (для этих крохотных существ сравнимой со струями Ниагарского водопада, обрушивающимися на человека), — личинка мош- ки. Эти любопытные существа похожи на маленькую вытянутую гусеницу с огромны- ми свисающими усами в стиле эпохи короля Эдуарда. Личинка делает из слизи на камнях некое подобие подушечки для иголок, а затем прикрепляется к ней при помощи ряда острых крючьев, расположенных в задней части ее тела. Затем она встает на эту подушечку и начинает улавливать пищу из проносящегося мимо вод- ного потока. Любопытно наблюдать за тем, как это существо кормит себя при по- мощи собственных усов. Другой удивительный обитатель рек с быстрым течением — рачок-бокоплав. Внешне они достаточно похожи на так называемых песчаных блох, часто встречающихся на морском побережье, но, в отличие от своих сородичей, выглядят так, словно по ним проехался каток, из-за чего они вынуждены плавать на боку. Однако на самом деле такое плоское, сплющенное тело оказывает мень- шее сопротивление водному потоку и позволяет им быстро перебираться по дну от одной расщелины к другой и закрепляться там настолько прочно, что никакое те- чение не может их оттуда выдернуть. Наконец, невзирая на погоду, Джонатан почувствовал себя отчасти удовлетво- ренным. Кроме всех необходимых связующих сцен со мной и Ли, у него теперь бы- ли превосходные кадры с черным хорьком и прекрасными пловцами — водяными кры- сами. Кроме того, ему удалось снять элегантную норку и целый выводок птенцов лысух в желтых джерси и с красными мордашками, отчего они выглядели как хро- нические гипертоники. Они также напоминали мне панков, которых так часто мож- но видеть вокруг, только при этом были значительно привлекательнее. Еще мы сняли прекрасную сцену с лебедями, этими крылатыми «жирафами», которые вели- чественно скользили по водной глади, периодически погружая длинные шеи в во- ду, чтобы достать водоросли, а затем грациозно перебрасывали их за спину, где угощение подхватывала целая флотилия пушистых серых птенцов, выжидательно следовавших за ними. И вот, распрощавшись с рекой, мы вернулись на пруд, который хотя и был по- прежнему мутным, но уже не выглядел так отвратительно, как раньше. Здесь нам предстояло снять несколько сцен — одну с лодкой, а в другой я должен был хо- дить по воде. Пруды похожи на маленькие замкнутые миры, и огромное количество живых существ зависит от них. К сожалению, по всей стране количество прудов постоянно сокращается, по мере того как их осушают и засыпают землей, по- скольку любящий природу британский фермер считает их бесполезными лужами, на месте которых следует выращивать зерно или пасти скот. А то обстоятельство, что жизнь многочисленных животных, от жаб, лягушек и стрекоз до мириад микро- скопических существ, зависит от этих прудов, ничуть не беспокоит современное высокообразованное общество. К счастью, некоторые люди все еще проявляют заботу о живой природе, и они прилагают все усилия для того, чтобы не допустить ее полного уничтожения. На- пример, есть замечательная служба наблюдения за лягушками, созданная при Ко- ролевском обществе охраны природы. В Великобритании вы можете позвонить в эту службу по горячей линии, причем номер телефона регулярно сообщается по мест- ному радио и в местных газетах, и доложить о лягушачьей или жабьей икре, за- меченной вами в канаве или своем садовом пруду, либо доложить о количестве засыпанных естественных прудов. После этого эксперты наносят поступившие све- дения на крупномасштабную карту района и получают, таким образом, детальную картину областей размножения земноводных. Лягушки, конечно же, на протяжении всей своей жизни находятся рядом с местом своего рождения, но с жабами возни- кает достаточно сложная проблема. Как только жабята выходят из пруда, они тут же разбредаются в разные стороны, поскольку их кожа, в отличие от лягушачьей, не нуждается в постоянном увлажнении. Однако, когда они вырастают, с прибли- жением брачного сезона жабы тысячами устремляются к тому пруду или озеру, где
сами появились на свет. Разумеется, во многих случаях, чтобы достичь своей цели, им приходится пересекать дороги и даже автострады, в результате чего большое количество жаб ежегодно гибнет под колесами автомобилей. В Нидерлан- дах, где, по всей видимости, более бережно относятся к живой природе, под ав- тострадами строят специальные проходы для мигрирующих жаб. До такой утончен- ности в Великобритании еще не дошли, но все же ситуация начала исправляться после того, как у нас появилось общественное движение, действующее под лозун- гом «Помогите жабе перейти дорогу!». Люди, симпатизирующие жабам (а разве можно относиться к ним иначе, если каждая из них потенциальный принц, ожидаю- щий поцелуя?), приносят ведра, мусорные баки и прочие емкости к тем местам, где жабы обычно пересекают дорогу, и, как только набирается достаточное коли- чество амфибий, переносят их через опасное место. Есть надежда на то, что бойскауты оставят трудоемкую традицию помогать переходить через дорогу пожи- лым дамам и вместо этого сосредоточат свои усилия на жабах. Разумеется, мы уже сняли достаточно большое количество сцен в искусственных условиях, имитирующих пруд, получив превосходный материал. Например, о любо- пытной маленькой рыбке под названием горчак, использующей пресноводных моллю- сков в качестве своеобразной сиделки для своего потомства. В период нереста у самки горчака вырастает необычайно длинный, белый, слегка изогнутый яйцеклад, который выглядит так, словно он изготовлен из пластмассы. В сопровождении своего супруга самка отправляется на поиски няньки. Пресноводные двустворча- тые моллюски имеют от четырех до пяти дюймов в длину, лежат на боку в иле и напоминают овальные, слегка приплюснутые камни. На одном конце раковины мол- люска имеются два сифона — вводной и выводной. Моллюск всасывает воду через вводной сифон, поглощает всю пищу, которая в ней содержится, а затем выпуска- ет отфильтрованную воду через выводное отверстие. Оба сифона похожи на ма- ленькие круглые рты, и в случае опасности они могут плотно закрываться рако- виной. По всей видимости, горчакам это хорошо известно, поскольку, выбрав, какой моллюск будет их няней, они подплывают к нему и начинают настойчиво толкать его раковину головами. Такое обхождение, конечно же, вызывает панику у бедного двухстворчатого, и он плотно закрывает оба сифона, защищая себя от потенциальной опасности. Однако горчаки продолжают свою таранную деятель- ность, и, привыкнув к ним, моллюск решает, что они совершенно безвредны, по- сле чего расслабляется и открывает сифоны, которые начинают действовать в обычном режиме. Именно этого рыбы и ждали. Самка зависает над раковиной, вво- дит свой длинный яйцеклад в выводной сифон и начинает откладывать икринки, похожие на маленькие белые шарики для пинг-понга. (До того как этот процесс был снят на пленку для нашего фильма, всегда считалось, что рыбы используют вводной сифон.) Как только икринки отложены, самец подплывает к сифону и оп- лодотворяет их. Иногда, вынимая яйцеклад, самка случайно захватывает икринку, которая тут же съедается одним из родителей. «Ничего не теряешь, ни в чем не нуждаешься» — в природе это закон, а не просто поговорка. После того как пар- тия икринок отложена в моллюск и оплодотворена, родители забывают о ней, ос- тавляя на няню всю дальнейшую заботу о своем потомстве. Это сам по себе дос- таточно любопытный процесс, но дальше происходит нечто еще более интересное. К тому времени, когда из икринок горчака вылупляются мальки, моллюск тоже ус- певает отложить яйца, из которых появляется будущее поколение моллюсков, на стадии личинки похожих на крошечные кастаньеты, утыканные крючками. С помощью крючков личинки прикрепляются к малькам горчака, и, покидая свой инкубатор в раковине, они уносят на себе малышей — моллюсков, которые, в конце концов, падают на дно и формируют новую колонию моллюсков вдали от своих родителей. Нам также удалось запечатлеть жизнь необычного паука. Если вас спросят, где можно найти паука, дно пруда будет одним из последних мест, которое придет вам в голову, но именно там водяной паук строит свой дом. Между листьями во-
дорослей он сооружает то, что по всем признакам является водолазным колоко- лом, — перевернутую вверх дном чашу из паутины, которую паук заполняет пу- зырьками воздуха, принесенными с поверхности на мохнатых ногах. Вокруг этого колокола он, как обычные пауки, плетет ловчую сеть и, спрятавшись в своем подводном домике, ждет, когда головастик, гребляк или еще какая-нибудь жив- ность попадет в расставленную западню, чтобы затем выскочить из засады и схватить жертву. Достаточно давно один из первых натуралистов описал то, как водяной паук выпускает воздух из своего домика после того, как он становится затхлым, и заменяет его на свежий; но, поскольку такое наблюдение было прове- дено лишь однажды, ученые решили, что натуралист ошибся. Однако нам посчаст- ливилось не только наблюдать этот любопытный процесс, но и снять его на плен- ку. Паук подбирается к вершине колокола, делает маленький надрыв в сплетении паутины, освобождает пузырь воздуха и, поймав его ногами, всплывает вместе с ним на поверхность; а на обратном пути он прихватывает с собой пузырь свежего воздуха и наполняет им колокол — примерно так же хозяйка вытряхивает пепель- ницы и открывает окна после закончившейся вечеринки. Водяной паук. Пожалуй, одними из самых удивительных обитателей пруда, которых нам удалось снять на пленку, были планарии. Представители того вида планарий, которых мы снимали, имеют форму эклера, они плавно, словно ртуть, скользят по дну и вы- глядят так, будто сделаны из влажного черного вельвета. Они относятся к типу плоских червей и внешне немного похожи на водяных слизней. Планарии гермафро- диты, то есть каждая особь имеет женские и мужские половые органы, вырабаты- вающие как яйцеклетки, так и сперму. Однако яйцеклетки одной планарии должны оплодотворяться сперматозоидами другой, иначе говоря, две особи взаимно опло- дотворяют друг друга. Питаются они в основном дохлыми головастиками или маль- ками, разрывая и высасывая плоть и соки своей жертвы. Однако очень длительные периоды времени планарии могут вообще обходиться без пищи, при этом постепен- но становясь все меньше и меньше, поскольку они в буквальном смысле поедают самих себя. Еще одной необычной особенностью этих маленьких любопытных созда- ний является то, что рот им служит как для приема пищи, так и для выброса экскрементов. Их процесс воспроизводства кажется просто фантастическим: они не только откладывают яйца, но и, кроме того, если любое из яиц будет случай-
но разрезано пополам, то из двух половинок вырастут две новые планарии. Неко- торые виды играют сами с собой в некое подобие перетягивания каната и разры- вают себя на две части ради увеличения популяции. Над видами американской планарии была проведена серия любопытнейших экспериментов, которые показали, что с помощью слабого электрического разряда их можно научить выбирать либо черный, либо белый тоннель для нахождения выхода из лабиринта. Более того, если планарию разрезать надвое, то обе половинки будут помнить этот урок. И что еще удивительнее, как выяснилось (правда, здесь еще требуется провести более тщательные исследования), если обученную планарию сожрет необученная, то последняя «унаследует» знания жертвы. Если это подтвердится, то, несомнен- но, будет открыта одна из самых удивительных страниц в истории изучения пове- дения животных. Это все равно как если бы школьник съел своего учителя — под- жарив до полной готовности — и тут же обрел его знания и опыт. Здесь, конечно же, есть прямая связь с одним из древних поверий: если съесть после битвы по- бежденного противника, то унаследуешь его силу и отвагу. Планария. Тут пришло время снять два оставшихся сюжета, с участием гребной лодки и приспособления, которое мы в шутку окрестили «водоступами», предназначенного для передвижения по воде. «Водоступы» представляют собой достаточно необычное устройство. Если вы способны представить себе два узких каноэ шестифутовой длины, скрепленных между собой шарнирным соединением, и каждое каноэ заканчи- вается тем, что напоминает половинку дельфиньего хвоста из резины или пласти- ка, то вы имеете перед собой приблизительную картину этого любопытного сред- ства передвижения. Используют его следующим образом: вы ставите ноги в разные каноэ, просунув их в брезентовый чехол, беретесь за руль — длинный шест, со- единенный с носом вашего судна, а затем с чьей-нибудь помощью встаете на во- ду. Оказавшись на плаву, вы начинаете интенсивно передвигать ногами, словно бы совершая бег на месте. Такое движение оказывает удивительное воздействие на две половинки дельфиньего хвоста, заставляя их изгибаться в воде вверх- вниз и продвигать вас вперед. Это достаточно трудное и утомительное занятие, заставляющее вас почувствовать на ногах такие группы мышцы, о существовании которых вы даже не подозревали. Кроме того, если вы потеряете равновесие и упадете, освободить ноги из бре- зентовых чехлов будет очень трудно и велика вероятность того, что вы утонете до того, как подоспеет помощь. Раздобытая Джонатаном гребная лодка представляла собой величественное судно
длиной около десяти футов, с широкими бортами, придававшими ей сходство с толстым жуком, с которых длинными полосками слезала краска, словно кожа со спины неосторожного любителя загара. Пока я вышагивал по поверхности пруда в своих «водоступах», Джонатан вместе со съемочной группой сопровождал меня на лодке. Когда ему показалось, что я проделал все необходимые упражнения и съемку можно закончить, наш доблестный звукооператор Брайан — с завистью сле- дивший за моим выступлением — тоже решил испытать свои силы в этом виде спор- та. Мы благополучно поставили его на воду, и он в превосходном стиле сделал круг по поверхности пруда. Но когда он приблизился к берегу, с ним произошла неприятность. Оказавшись на мелководье, он по какой-то причине потерял равно- весие, упал на бок и остался лежать на глубине около двух футов, с ногами, пойманными водоступами, предпринимая отчаянные усилия, чтобы удержать голову над водой. К счастью, там было достаточно мелко, и он смог опереться рукой о дно, оставив голову на поверхности. Если бы там было чуть поглубже и поблизо- сти не оказалось бы никого, кто смог бы прийти ему на помощь, он несомненно бы утонул. Следующая сцена была посвящена тому, как мы с Ли катаемся на лодке, и по ходу нашей водной прогулки я должен был рассказать о том, что натуралисту- любителю нет смысла тратить большие суммы денег на приобретение сложного, до- рогого оборудования, поскольку, проявив немного смекалки, можно приспособить для своих потребностей предметы домашнего обихода. Так, например, из прово- лочной вешалки получается хорошая кошка, которая позволит вам вытаскивать на берег водоросли из центра пруда. Ведь, как хорошо известно любому натурали- сту-любителю , в любом водоеме самые ценные экземпляры водорослей растут не- пременно в самом центре и, чтобы до них добраться, требуется какое-нибудь приспособление. Но снять эту идиллическую картину нашего с Ли катания на лод- ке по тихому пруду, в соломенных шляпах, оказалось значительно труднее, чем можно было себе представить. Прежде всего лодка оказалась вовсе не такой уж и большой, и, когда мы с Ли заняли свои места, на корме почти не осталось сво- бодного пространства для кого-либо еще. И вот, после того как в лодку, кроме нас, набились еще оператор с помощником, звукооператор и режиссер, наше мно- гострадальное суденышко, едва не черпая воду бортами, и моя многострадальная жена были вынуждены катать всю эту команду взад-вперед по поверхности пруда, пока Джонатан не решил, что снятых кадров ему будет достаточно. Оставив за спиной разбухший от дождей пруд, а вместе с ним и холодную, мок- рую Англию, мы перенеслись через Атлантику в то место, которое американцы по известным лишь им самим причинам называют Большое Яблоко, — в город Нью-Йорк. Здесь под присмотром Полы, чутким руководством Эластера и с помощью оператора Роддерса мы собирались показать, что настоящему натуралисту-любителю даже ги- гантский современный город может предоставить немало интересных объектов для исследования. Эластер приветствовал нас в своем неповторимом стиле — широкая улыбка, блестящие глаза, голова, склоненная набок (на этот раз ловкий палач затянул ему узел под левым ухом). — Черви, — произнес он по ходу приветствия, — черви, копошащиеся на земле, чувствуя как дождевые струи кладбище много жизни на кладбище. Я попытался представить себе все кладбища, на которых когда-либо бывал, — строгие и белые, словно больничные палаты, заросшие мхом и лишайником, где приходится прокладывать себе путь мачете, чтобы добраться до надгробий и про- читать стершиеся от времени надписи под выпуклыми барельефами. Но мне ни разу не приходилось переворачивать могильные плиты в поисках живых существ. Однако сама идея поиска жизни на кладбище была достаточно свежей и вполне достойной того своеобразного черного юмора, который порой пробуждался у Эластера. Итак, мы отправились на кладбище Калвари. Это было достаточно необычное кладбище: помимо обычных надгробий, которые
ставят над могилами плебеев, здесь были и монструозные мини-мавзолеи, пред- ставлявшие собой нечто среднее между Акрополем и собором Святого Павла, где, насколько я мох1 судить, покоились бренные останки, преимущественно с такими именами, как Луиджи Вермичелли или Гвидо Пармезан. Кладбище располагалось на пологом склоне холма, и каждый памятник усопшему был белым и чистым, словно свежевыпавший сжег или только что вылезший из земли гриб. После того как вы окинули взглядом обширную перспективу надгробий, возникало достаточно жуткое впечатление, когда в поле вашего зрения попадали очертания нью-йоркских небо- скребов, словно бы расширявших границы кладбища и являющихся его зеркальным отражением. Вы не смогли бы сказать точно, где кончались небоскребы и начина- лись могилы. Возникало даже такое впечатление, что небоскребы — это гигант- ские мавзолеи, и вы спрашивали себя, зачем расходовать столько драгоценной земли для того, чтобы выставлять напоказ своих мертвых. Однако, как оказа- лось, я ошибался, поскольку мы обнаружили на кладбище множество свидетельств жизни. Не только черви усердно рыли здесь свои ходы, разрыхляя и проветривая почву; кроме них, фазаны и канадские казарки выводили птенцов между могил, а лисицы и еноты выращивали свое потомство под сводами мавзолеев, укрывающих огромное количество итальянских мертвецов. «Как это мило, — подумал я, — что даже здесь, в Нью-Йорке, ты можешь умереть с утешительной мыслью, что теплый, дружелюбный енот будет растить детей над твоим остывшим телом». Я полагаю, было вполне закономерно, что после этого чудовищного скопления мертвецов мы отправились на городскую мусорную свалку. Было весьма поучитель- но увидеть, какое огромное количество отбросов создает обширный конгломерат человеческих существ, проживающих на ограниченном пространстве и проявляющих такую расточительность, на которую способны только люди. Перед нами лежала огромная, разноцветная, разлагающаяся гора мусора, пополняющаяся каждый час. У меня часто вызывала отвращение человеческая расточительность, поскольку я видел, как в Африке и Южной Америке люди используют фрагменты консервных ба- нок, обрывки веревки и клочки бумаги размером с ноготь для своего выживания, и в то же время в тех же самых странах, например в Аргентине, из окна гости- ницы я видел, как подо мной провозили тележку с отбросами, наполненную почти не тронутыми батонами хлеба, кусками мяса толщиною с том Британской энцикло- педии, где была вырезана лишь середина, горами бобов и овощей, которых хвати- ло бы на то, чтобы в течение многих месяцев кормить не одну индейскую дерев- ню. В Северной Америке мне не раз приходилось видеть целые семьи, глядя на которые я думал по своему невежеству, что все ее члены страдают от тяжелого нарушения обмена веществ, и лишь позже я узнал, что их необыкновенная туч- ность вызвана исключительно перееданием. Попади они миссионерами на далекие тропические острова, то-то было бы радости у местного племени. Но, конечно же, для чаек эта гигантская мусорная куча была лучшим рестораном в Нью-Йорке, и они слетались сюда тысячами, кружили, кричали, дрались друг с другом, пики- ровали на кучи отбросов, заметив лакомый кусочек. Было некоторым утешением думать, что, по крайней мере, эта чудовищная свалка обеспечивает пищей крыла- тые батальоны красивых птиц. Итак, мы продолжали наши съемки в этом одном из самых отталкивающих, гряз- ных, красивых и необычных городов планеты. Мы сняли, как я уже сказал, пред- ставителем дикой природы на кладбище и на городской свалке, затем мы показа- ли, как живут в трущобах бродячие собаки и кошки, как выживают в каменных джунглях голуби и крысы, и нам также удалось продемонстрировать то, что даже на пятнадцатом или двадцатом этаже, в квартире из бетона, стекла и хромиро- ванных рам, вы все равно можете найти щетинохвосток в своем телевизоре, тара- канов на ковре и мышей между стенными панелями. Затем наступил великий день, названный нами Днем Битвы у 87-го квартала. Среди многих людей, оказывавших нам помощь, была очаровательная женщина на-
туралист Хелен Росс Рассел, которая в течение многих лет изучала флору и фау- ну Большого Яблока и написала несколько интереснейших книг, посвященных дан- ной теме. Она точно знала, на каком небоскребе гнездятся сапсаны, где скорее всего можно найти крыс и на каком поле для гольфа еноты постоянно воруют мя- чи. При таком запасе эзотерических знаний ее помощь была просто неоценимой. Среди всего прочего мы хотели показать, какое количество живых существ можно встретить на незастроенных участках земли, которые в Америке называют просто пустырями. Просто удивительно, что даже в самом центре больших городов приро- да берет свое, проводя незаметное контрнаступление. Мхи и лишайники обычно проникают первыми, за ними следуют сорняки, а затем даже деревья начинают пробиваться между кирпичами и строительным мусором. Стоит растениям захватить плацдарм, как на них поселяются беспозвоночные — многоножки, пауки, улитки, за которыми сразу же появляются птицы, мыши, а иногда жабы и змеи. Таким об- разом, даже обычный пустырь может порадовать натуралиста-любителя различными представителями флоры и фауны. Эластер подыскал для наших съемок отличный пустырь. Он находился на углу 87-й улицы и был огорожен с двух сторон высокими стенами домов, а с двух дру- гих находились городские улицы, по которым следовал непрерывный поток автомо- билей. Сам пустырь по большей части использовался владельцами собак для выгу- ла своих питомцев, поэтому вся его территория была, мягко говоря, прилично удобрена. Заваленный строительным мусором, пустыми консервными банками и ста- рыми вывесками — на одной из них было написано «Полицейский участок», — он весь зарос сорняками, и здесь даже имелось несколько достаточно высоких де- ревьев . В некоторых местах образовались большие лужи, которые использовались всеми окрестными голубями и воробьями как бары прохладительных напитков и плавательные бассейны. Итак, на нашем пустыре обитали муки, улитки, многонож- ки, птицы и собаки, а по ночам здесь, конечно же, разгуливали мыши, крысы и кошки. Однако у пустыря имелся один существенный недостаток — на нем не было гусениц коконопрядов. Это их и погубило. Коконопряды — одни из главных вредителей зеленых насаждений в США, но, не- смотря на то, что они доставляют столько хлопот, это не мешает им быть весьма милыми созданиями (так же, как это бывает и с людьми) . Самка коконопряда по- сле спаривания откладывает яйца, в которых формируются гусеницы, но они не выходят, а остаются лежать в состоянии покоя до следующей весны. Они способны выдерживать очень низкие температуры, заменяя часть жидкостей своего тела ве- ществом под названием глицерин, который для гусениц коконопрядов служит как антифриз. С приходом весны гусеницы коконопрядов дружно выходят из яиц и, как одна семья (а они ею и являются) , начинают плести себе шатер для житья. Эти шатры имеют большое значение для гусениц, поскольку они выполняют роль свое- образных миниатюрных теплиц. Они ориентированы таким образом, чтобы получать максимум тепла от утреннего и полуденного солнца. Ученые установили, что, ко- гда температура наружного воздуха составляет всего 11 С, температура в коло- нии гусениц, пребывающих под своим шелковым пологом, доходит до 39 С. Когда гусеницы покидают шатер, направляясь к местам кормежки на листьях своего домашнего дерева, они тянут за собой тонкую шелковую нить, выходящую из прядильной железы на нижней губе. Передвигаясь между ветвей, они создают, таким образом, шелковые пути, которые расширяются и обновляются идущими по их следу братьями и сестрами. Но это только начало истории. Теперь мы приближа- емся к описанию одного экстраординарного исследования, приоткрывшего завесу тайны над своего рода естественнонаучной детективной историей. Как утверждают ученые, они установили, что каждая гусеница оставляет на своем шелковом пути пахучий след, который сообщает ее родне, где проходит кратчайший маршрут к еде, таким образом, эти шелковые пути являются еще и пахучими указателями к самым обильным запасам зеленого корма. Ученых заинтересовало, какое именно
вещество выделяет гусеница из железы, расположенной в хвостовой части ее жи- вота, которое действует как направляющий запах. Примерно так же, как аромат духов «Chanel № 5», оставленный в комнате красивой женщиной, говорит о воз- можном любовном свидании, запах гусениц указывает на местонахождение продо- вольственного склада. Два этих аромата действуют по одному и тому же принци- пу, но служат разным целям. И тут одна женщина-исследователь, наделенная большим интеллектом и интуицией, по имени Дженис Игерли, сделала интересней- шее открытие. Она заметила, что одна из ее подопытных гусениц ползет по сле- ду, оставленному карандашом в блокноте. Может быть, что-то содержащееся в ка- рандашном грифеле напоминает этот неуловимый аромат гусениц? Оказалось, так оно и есть. В ходе последующих исследований различных каран- дашных грифелей было установлено, что некоторые производители карандашей до- бавляют в грифели гидрогенизированный говяжий или рыбий жир, который, очевид- но, и привлекает гусеницу, наводя ее на мысли о сочных зеленых листьях. Далее выяснилось, что независимо от того, чем является эта загадочная субстанция, гусеницы коконопрядов обладают достаточной чувствительностью, чтобы различать карандаши с твердостью ЗВ и 4В одной определенной марки. Исследования продол- жаются, и, несомненно, скоро нам станут известны другие удивительные факты. Однако, вооружившись этим знанием, мы почувствовали, что просто обязаны вклю- чить в свой рассказ о жизни диких животных в городе кадры, повествующие о гу- сенице коконопряда, также являющейся городским обитателем и главным вредите- лем местных зеленых насаждений. Коконопряд американский. Но, как я уже сказал, хоть на нашем живописном пустыре и росла вишня — лю- бимое дерево коконопрядов, — гусениц на нем не было. Совещание, проведенное на самом высоком уровне, постановило, что наш бюджет сможет выдержать допол- нительные затраты, связанные с доставкой «скольких экземпляров гусениц из той части города, где жила Хелен (где они процветали и подвергались гонениям), на наш пустырь, где мы собирались посадить их на маленькое вишневое дерево и снять на пленку. После этого они будут водворены назад, в свою родную часть города. Итак, мы приступили к работе. Именно здесь — уже не в первый раз — мы по достоинству оценили способность Полы издавать невероятно громкий крик. По- скольку некоторые кадры снимались с крыши здания, расположенного на противо- положной стороне оживленной улицы, нашему продюсеру представилась хорошая
возможность поупражнять свои легкие и голосовые связки, пока она отдавала нам инструкции. Только благодаря силе своего голоса и четкой дикции она смогла безошибочно руководить вашими действиями с высоты пятого этажа, с легкостью перекрывая шум бесконечного потока ревущих, гудящих и сигналящих машин. Сняв большую часть общих сцен, мы перешли к гусеницам коконопрядов. С большим бла- гоговением они были извлечены из фургона; каждая ветвь вишневого дерева, на котором они сидели, была тщательно обернута марлей. Соблюдая все предосторож- ности, мы перенесли ветки с гусеницами туда, где ваше вишневое дерево, ис- кривленное и низкорослое — словно ребенок из трущоб, — по-прежнему бросало дерзкий вызов Нью-Йорку, вознамерившемуся его погубить. Ветки с гусеницами, их шатром и шелковыми автострадами были аккуратно примотаны к веткам нашей вишни, в результате чего наша инсталляция выглядела чуть более натурально, чем в природе. Именно в этот момент мы заметили, что к нам присоединилась дама, которая наблюдала за нашими действиями с несколько рассеянным интересом досужего зе- ваки. — А что это вы тут делаете? — спросила она, колыхнув своими телесами, втис- нутыми в обтягивающие брюки и хлопчатобумажную куртку. Эластер обернулся и посмотрел на нее с кроткой улыбкой, склонив голову на- бок. К счастью, до того, как он внес дальнейшую путаницу в уже озадаченный разум, вмешалась Пола. — Мы снимаем фильм о жизни диких животных в городе, — пояснила она. — Мы хотим показать, что даже в центре такого города, как Нью-Йорк, природа все равно заявляет о себе. — Так, значит, вот для чего вам нужны эти козявки? — спросила дама. — Да, — дружелюбно ответила Пола. — Они называются гусеницы коконопряда. — Но они здесь не живут, — заметила дама. — Вы принесли их сюда. — Ну да. Видите ли, здесь не было гусениц, и поэтому нам пришлось привезти их сюда для съемок, — объяснила Пола, начиная испытывать легкое волнение под пристальным неандертальским взглядом дамы, которая выглядела так, словно она только что в одиночку убрала весь мусор, оставшийся на Красной площади после первомайской демонстрации. — А если их здесь не было, тогда зачем вы их сюда принесли? — спросила она. — Для съемок, — резко бросил Эластер, который пытался сосредоточиться на том, в какую сторону следует двигаться гусеницам — справа налево или слева направо, и как заставить их повиноваться. — Но ведь это же мошенничество, — сказала дама, выводя себя из состояния летаргии и принимая среднеевропейскую позу для убедительной аргументации — ноги слегка расставлены, руки на бедрах. — Вы принесли их сюда, и они здесь не жили. Это мошенничество. Вы специально принесли сюда этих козявок. — Ну, конечно же, мы принесли их сюда, — раздраженно сказал Эластер, поте- ряв нить своих размышлений. — Если бы мы их не принесли, нам бы нечего было здесь снимать. — Это мошенничество, — снова повторила дама. — Так нечестно. — А вы знаете, мадам, — произнес я, выступая в роли миротворца, — что девя- носто процентов фильмов о природе, которые вы видите, как, например, фильмы Уолта Диснея, представляют собой подделку? Весь процесс создания фильмов в каком-то смысле представляет собой изготовление подделки. Однако то же самое можно сказать и о живописце, который пишет пейзаж и добавляет в него новые краски, чтобы лучше передать свой замысел. — Уолт Дисней не мошенник, — сказала дама, теперь начиная проявлять воинст- венность саблезубого тигра, попавшего в интеллектуальную ловушку. — Уолт Дис- ней американец. Это вы занимаетесь мошенничеством, причем на нашем пустыре. — У нас есть разрешение из мэрии, — сказала Пола.
— А у вас есть разрешение мошенничать от домового комитета 87-й улицы? — спросила дама, надуваясь, как индюк, собирающийся закудахтать. — А разве мэрия не имеет над ним приоритета? — спросила Пола. — Никто не имеет приоритета над домовым комитетом 87-й улицы, — решительно заявила дама. — Вы знаете для некоторых небоскребы много жизни гусеницы, — произнес Эла- стер, рассеянно поворачиваясь на месте. — Я пойду и расскажу обо всем домовому комитету 87-й улицы, — пообещала да- ма. — И тогда мы узнаем, кто разрешил вам заниматься мошенничеством. Она решительно зашагала прочь, словно бы собираясь в одиночку прорвать бло- каду Ленинграда, и мы все с облегчением вздохнули. Однако наше чувство облег- чения было кратковременным. Эластер отдавал указания гусенице, наотрез отка- зывавшейся понимать по-английски, когда наша дама вернулась в сопровождении еще одной женщины, выглядевшей как одна из тех мегер, которые словно бы вылу- пились из змеиного яйца, с воинственным, насквозь пронизывающим взглядом, во всем замечающим только плохое. Ее сопровождал, вероятно, для подмоги, мужчи- на, выглядевший так, словно когда-то, очень давно, он был вырезан из картона и на протяжении всей своей жизни непрерывно мок под дождем. — Что здесь происходит? — спросила Мегера. Пока Пола терпеливо рассказывала ей о фильме, который мы собирались сни- мать , Эластер раздраженно описывал возле них круги. — А что вы делаете с нашей площадкой? — осуждающе спросила Мегера, словно это был, по меньшей мере, ботанический сад Кью, а не пустырь, по колено зава- ленный собачьими экскрементами. — Они подделывают природу, — заявила Женщина Неандерталец. — И принесли с собой целую кучу козявок. — Козявок? — сверкнув глазами, воскликнула Мегера. — Каких еще козявок? — Вот этих, — ответил Эластер, показывая на дерево. — Это всего лишь гусе- ницы коконопряда. А — Коконопряды? — взвизгнула Мегера. — Вы принесли гусениц коконопряда на нашу площадку? — Но ведь их здесь не было, — пояснила Пола. — Да, и мы не хотим, чтобы они здесь были, — сказала Мегера. — Но мы привезли их только для того, чтобы снять фильм, — объяснила Пола. — Потом мы снова увезем их с собой. — Мы не хотим, чтобы на нашем пустыре развелись коконопряды, — решительно заявила Мегера, и в ее голосе появились металлические нотки. — Просто возмутительно, — вмешался Картонный Человек. — Я проработал в жур- налистике двадцать пять лет и никогда не слышал о том, чтобы кто-то пытался фальсифицировать природу. — Если вы были журналистом двадцать пять лет, то должны были сталкиваться с большим количеством неправды во всех ее проявлениях, — с некоторым раздраже- нием сказал я. — Вы не можете не знать о том, что почти все фильмы о природе, которые вы видели, сделаны с той или иной долей обмана. — Он говорил, что Уолт Дисней был мошенником, — вставила Женщина Неандерта- лец, по-видимому, считавшая это заявление таким же гнусным преступлением, как разжигание огня щепкой от креста Спасителя. — Возмутительно, — согласился Картонный Человек. — Порядочный журналист ни- когда не опустится до фальсификации фактов. — И не будет оскорблять Уолта Диснея, — добавила Женщина Неандерталец. — О боже, — простонал Эластер, — мы упускаем свет. — Все, что мы сделали, — терпеливо поясняла Пола, — это привязали к вишне- вому дереву две ветки с несколькими гусеницами коконопряда. Когда мы закончим снимать сцену с их участием...
— Когда вы закончите фальсифицировать сцену с их участием, — с возмущением воскликнул Картонный Человек, — совершите поступок, на который не пойдет ни один порядочный журналист. — Когда мы закончим снимать сцену с их участием, — невозмутимо продолжила Пола, — мы тут же увезем их с собой. — А куда это вы их увезете? — поинтересовалась Мегера. — Туда, где они жили, — огрызнулся Эластер. — В более здоровую часть Нью- Йорка . — А чем вам не нравится 87-я улица? — спросила Мегера. — Да и кто вы такой, чтобы приходить сюда и критиковать 87-й округ? — доба- вил Картонный Человек. — Вы, наверное, тоже англичанин или, может быть, прие- хали из Бостона? — Послушайте, — сказала Пола. — Мы снимем эти кадры примерно за пять минут, а затем все сложим и оставим ваш пустырь таким же пустым. — Мы не позволим использовать наш пустырь для подделок, — сказала Мегера. — Это наш пустырь. — Но мы же не принесем ему никакого вреда, — продолжала Пола. — Мне кажет- ся , те, кто выгуливает здесь собак, вредят ему гораздо больше. — Вы привезли сюда козявок, — сказала Женщина Неандерталец. — Не успеем мы оглянуться, как ваши козявки расползутся по всей 87-й улице. — О боже, — снова простонал Эластер, — это просто смешно. — Вам, может быть, и смешно, а нам нет, — прореагировала Мегера. — Вы при- шли сюда, разбросали своих гусениц по всему пустырю и думаете, что мы будем смотреть на это безобразие сложа руки. — Как ты думаешь, у Альфреда Хичкока возникали подобные проблемы? — спросил я у Эластера. — Я требую, чтобы вы немедленно увезли отсюда своих козявок, — заявила Ме- гера. — И я тоже, — сказал Картонный Человек. — Мы и собираемся увезти их отсюда, — закричал Эластер, — после того как закончим съемку. — Мы не потерпим никакого мошенничества на нашем пустыре, — сказала Мегера. Подобный абсурдный разговор все продолжался и продолжался, эти три персона- жа делали нашу жизнь все более невыносимой, а меркнущий свет становился все слабее, и, в конце концов, нам не осталось ничего другого, кроме как убрать гусениц коконопрядов обратно в фургон и уехать с пустыря. Только после того как Мегера лично убедилась в том, что коконопряды убраны и заперты на замок, она почувствовала себя удовлетворенной. Каким бы досадным и неприятным ни казался нам тогда этот инцидент, вспоми- ная его сейчас, начинаешь чувствовать, что в нем было определенное очарова- ние. Приятно думать, что в таком огромном, нахальном и внешне равнодушном го- роде есть люди, готовые грудью защищать пустырь, покрытый собачьими экскре- ментами . Серия десятая После суеты и спешки Нью-Йорка было приятно вернуться в Европу, и тем более в одну из моих самых любимых стран — Грецию, с ее голубым небом и морем, кри- стально чистым воздухом, придававшими этому месту неповторимый колорит. Как это обычно бывает при проведении съемок для телевидения, где все приня- то делать шиворот-навыворот, сюжет, который должен быть первым в нашей серии фильмов, снимался в последнюю очередь. Поскольку основная цель всей нашей программы заключалась в том, чтобы рассказать телезрителям о том, как стать
натуралистом-любителем, нельзя было найти лучшего места (по мнению Джонатана) для съемок вводного сюжета, чем остров Корфу, где я провел свои детские годы и где впервые почувствовал любовь к животным. Мне понравилась эта идея, по- скольку я уже много лет не бывал на острове, несмотря на просьбы моих друзей; к тому же Ли никогда там не бывала. Даже в условиях развития туристического бизнеса и всей вульгарности связан- ного с ним обслуживающего персонала, остров до сих пор удерживает в себе осо- бую магию, и поэтому мне не терпелось показать Ли те его уголки, которые со- хранились в нетронутом виде со времен моего детства. Нам повезло также и в том, что моя старая знакомая Энн Питере, жившая на этом острове и бегло гово- рившая по-гречески, предложила себя в наше полное распоряжение. Одно время Энн работала моим секретарем и сопровождала меня во время съемок фильма в Сьерра-Леоне, а позднее в сложных экспедициях, посвященных спасению исчезаю- щих видов животных в Австралии и Патагонии, поэтому она была хорошо знакома со сложностями, возникающими в ходе киносъемок, особенно теми, что связаны со съемками диких животных. — Где мы остановимся? — спросил я Джонатана. — В отеле «Корфу-Палас», — ответил он. Я уставился на него, не веря собственным ушам. «Корфу-Палас» был старейшим и самым знаменитым отелем острова, построенным еще в начале века. Он был хит- роумно расположен (его мог расположить в таком месте только выдающийся архи- тектор) на окраине города на берегу широкого залива, где вся канализационная система Корфу сбрасывала в море сточные воды. Из-за этого весь район, особен- но летом, был наполнен таким ароматом, что даже собаки предпочитали обходить его стороной. — И кто же тебе подал такую идею? — поинтересовался я. — Энн, — ответил Джонатан. Я удивленно посмотрел на Энн, подумав, что длительное пребывание на Корфу явно размягчило ее мозги. — у тебя осталась хоть капля здравого смысла? — спросил я. — Во-первых, мы все умрем там от удушья в собственных постелях; во-вторых, проживание в его номерах будет стоить нам десять миллиардов драхм в секунду, и в-третьих, кто позволит нам держать наших бабочек и черепах в этом дряхлом аристократическом отеле? — Я обо всем договорилась, — успокоила меня Энн. — Во-первых, управляющий отеля — очень милый человек по имени Жан-Пьер — предоставляет нам номера по особому тарифу; во-вторых, проблема с канализацией уже давно решена; в- третьих — и это самое интересное, — Жан-Пьер просто помешан на герпетологии. Прежде чем ответить, я сделал долгий, успокаивающий глоток «B&S». — Теперь я ничуть не сомневаюсь, что вы все здесь немного сумасшедшие, — убежденно произнес я. — Я всегда знал, что Корфу достаточно эксцентричное ме- сто, но я отказываюсь верить в то, что даже здесь можно встретить герпетоло- га, управляющего одним из лучших отелей острова. — Но это правда, — запротестовала Энн. — У него есть квартира на верхнем этаже, где он держит змей, черепах и всяких ящериц. Более того, он сказал, что готов поймать любую рептилию, которая потребуется нам для съемок. Я сдался. Остров Корфу и прежде был набит самыми необычными вещами и сюр- призами, словно сундук иллюзиониста, и теперь мне было очевидно, что эту свою особенность он не утратил и поныне. По форме остров напоминает странный, изогнутый кинжал, лежащий в голубых водах Ионического моря примерно посередине между греческой и албанской бере- говой линией. В прошлом он попадал в руки представителей дюжины наций, пере- нимая у них все самое лучшее и отклоняя остальное, таким образом сохраняя свою индивидуальность. В отличие от многих других областей Греции остров был
зеленым и плодородным, поскольку, когда он был частью Венецианской республи- ки, его использовали как место производства оливкового масла, в связи с чем здесь были посажены тысячи оливковых деревьев, и теперь большая часть Корфу покрыта тенью искривленных гигантов в париках из серебристо-зеленых листьев. Среди олив к небу поднимаются указующие персты темно-зеленых кипарисов. Все это формирует мистический пейзаж, залитый лучами ослепительно яркого солнца, обрамленный водами голубого спокойного моря и оживляемый несмолкаемым хором цикад. Из всех самых удивительных и замечательных уголков планеты, где мне посчастливилось побывать, Корфу вызывает во мне самую близкую ассоциацию с родным домом, поскольку именно здесь, под ласковым южным солнцем, во мне зре- ла любовь к живой природе. Благодаря некоторой несогласованности в расписании авиарейсов нам удалось провести несколько часов в Афинах — мы успели бросить быстрый взгляд на Акро- поль , понаблюдать за сменой караула у королевского дворца и перекусить в не- большом ресторанчике в Пирее: отведать рыбные блюда, которые могут готовить только греки. Затем мы вылетели на Корфу. Когда мы попали на остров, было уже темно, но гигантская желтая луна зали- вала дорогу таким ярким светом, что мы отчетливо видели поросшие оливами склоны холмов, и казалось, что чуть неровная из-за легкого бриза поверхность моря с отражающейся в ней луной усыпана миллионами лепестков лютиков. После бутылки превосходной бледно-янтарной рецины, словно бы вобравшей в себя аро- мат всех хвойных лесов, где вам когда-либо доводилось бывать, и нескольких превосходных блюд из местной рыбы мы тут же легли в постель, и даже луна, ка- залось усевшаяся прямо на перила нашего балкона, не смогла оторвать нас ото сна. На следующее утро за завтраком к нам подошел и представился Жан-Пьер. Невы- сокий и темноволосый, он обладал насмешливым взглядом карих глаз и очарова- тельной улыбкой. К смятению и ужасу других постояльцев, мирно завтракающих среди цветочных клумб, он извлек из нескольких полотняных мешков одного из самых больших ужей, которых мне когда-либо доводилось видеть, прекрасного по- лоза желтопузика, который выглядел так, словно был отлит из бронзы, а затем, заключительным жестом, словно фокусник, достающий из шляпы кролика, он высы- пал из мешка на мраморный пол дворика целый каскад европейских водяных чере- пашек — темно-зеленых, в желтую крапинку с золотистыми, как у леопардов, гла- зами. — Боюсь, это все, что мне удалось для вас раздобыть, — произнес он извиняю- щимся тоном, в то время как проснувшиеся черепашки начали разбредаться между столиков. После напряженных пятиминутных поисков они были собраны и снова уб- раны в мешок. — Где вы их поймали? — поинтересовался я. — Я встал очень рано и отправился на озеро Скотгини, — ответил он. — Оно расположено в центре острова. — О, я хорошо его знаю, — заметил я. — Мне самому не раз приходилось там бродить в поисках животных. — Это превосходное место для всех диких животных, — согласился Жан-Пьер. — А мы как раз собираемся снимать сюжет с пресноводными черепахами, — ска- зал Джонатан, который еще несколько недель назад провел на Корфу предвари- тельную рекогносцировку. — Камера скользит вдоль берега озера и показывает крупным планом расположившихся там водяных черепах. Ты и Ли подходите к ним, а они демонстрируют типичное поведение водяных черепах, например... — Неподвижно сидят на камнях, — продолжил я. — Ты уже разговаривал с ними? Ты раздал им по экземпляру сценария? Они читали свой контракт? Я отказываюсь сниматься с черепахами, которые не читали своего контракта, не делают то, что им говорят, не слушают указаний режиссера и, что хуже всего, все время забы-
вают свою роль. Надеюсь, ты помнишь, что моя репутация тоже поставлена на карту. — Ну, ладно, ладно, — произнес Джонатан, бросив на меня свой хитклиффовский взгляд. — Я уверен, они все сделают как надо. — А где мы будем их держать? — спросил я. — А почему бы не в вашей ванне? — совершенно серьезно предложил Жан-Пьер. Я представил себе, как управляющий «Клариджа» или «Уорлдорф-Астории» пред- лагает мне поселить у себя в номере бородавочников. — Отличная идея, — обрадовалась Ли. — И мы будем их вынимать, когда нам са- мим потребуется принять душ. — Да, это верно, а то они не любят мыло и горячую воду, — заметил Жан-Пьер. По-моему, подобные разговоры могут происходить только на Корфу. Итак, мы поднялись в наш номер вместе с пресмыкающимися и, наполнив ванну водой, вы- пустили черепах. Змеи были оставлены прямо в мешках. Затем мы отправились в северную часть острова, в местечко под названием Коулоура, где Джонатан соби- рался снять наше «прибытие» на Корфу на борту каика — пузатой, ярко раскра- шенной рыбацкой лодки, составляющей неотъемлемую часть греческого пейзажа. Это был умеренно жаркий день, с прозрачным, как кристалл, голубым небом. Море было синим и спокойным, лишь с материка, с коричневых пологих холмов Ал- бании и Греции, которые мы отчетливо видели через залив, долетал легкий вете- рок. Мы ехали через оливковые рощи в прохладной тени, созданной серебристо- зелеными листьями и огромными, изъеденными временем дуплистыми стволами, не- повторимыми, словно отпечатки пальцев, которые походили на изогнутые колонны соборов, поддерживающие купола из листьев. Вскоре мы вынырнули из прохлады оливковых рощ и направились по дороге, петляющей по склонам самой высокой юры острова Корфу — Пантократор. Местами один край дороги почти ответно обрывался вниз к сияющей поверхности моря, а другой проходил вплотную к уходящим в небо скалам; там, вверху, среди красновато-коричневых, золотистых и белых уступов, словно черные стрелы, мелькали черные ласточки, занятые постройкой из грязи и обломков камней своих решительных гнезд, похожих на половинки бутылок из-под кьянти. Вскоре мы свернули на крутую, извилистую дорогу, ведущую к морю, засаженную необычайно высокими темно-зелеными кипарисами, которые были почти такими же почтенными великанами еще в 1935 году, когда я приехал сюда впервые. Вскоре мы увидели под нами гавань Коулоура, похожую на маленький изогнутый лук, на одном конце которой расположена, вероятно, самая красивая вилла на Корфу, принадлежащая моим старым друзьям — Памеле и Диснею Воген-Хьюз. На якоре в гавани стоял наш каик — великолепное большое судно, безукоризненно чистое, выкрашенное в белый и голубой цвета. Пэм и Дисней встретили нас очень тепло — ведь мы не виделись уже несколько лет. Они любезно позволили нам сложить наше оборудование на лужайке перед их красивым домом, разрешили снять свой прелестный сад, усердно угощали нас про- хладительными напитками и даже одолжили на главную роль свою сухопутную чере- паху, которую звали Каррузерс. Их радушию не было границ. Захламив лужайку перед домом так, как это может сделать только съемочная группа, пока осталь- ные члены команды устанавливали оборудование, мы пошли посмотреть на каик, чтобы убедиться в его полной готовности к нашей морской прогулке. И тут, к ужасу Джонатана, случилось непредвиденное. В начальной сцене на борту лодки я должен был произнести следующие слова: «Все мы от рождения испытываем интерес к окружающему нас миру. Достаточно по- наблюдать за поведением любого маленького ребенка — или даже детеныша любого животного, — и вы увидите, что они постоянно исследуют и обучаются, используя все пять органов чувств. С момента нашего появления на свет мы все являемся исследователями в этом сложном и удивительном мире. Однако когда человек ста-
новится старше, он нередко теряет интерес к окружающему миру. Но есть и такие люди, которые сохраняют его на всю жизнь. Это настоящие счастливчики. Именно их и называют натуралисты-любители». Чтобы сцена получилась более выразительной, Джонатан решил, что на борту лодки должен находиться ребенок, который бы вместе с нами разглядывал большой чан, наполненный морскими созданиями. С этой целью он пригласил для съемок дочь хозяина маленького кафе, расположенного на берегу гавани, — очарователь- ную шестилетнюю девочку. Однако незадолго до нашего прибытия она совершила нечто настолько ужасное (мы так и не смогли узнать, в чем она провинилась), что ее мать пошла на беспрецедентный шах1 (для Греции) , как следует отшлепав ребенка. Результат нетрудно себе представить. Джонатан нашел свою маленькую героиню в слезах, сжавшуюся в комочек, отказывающуюся говорить, отказывающую- ся надеть свое лучшее платье, отказывающуюся вообще что-либо делать. Напрасно Пэм, Энн и я — те, кто говорил по-гречески, — с помощью лести, уговоров и мольбы пытались подействовать на ребенка. Даже щедрое обещание Джонатана (махнувшего рукой на бюджет) повысить гонорар с десяти до двадцати драхм не принесло результата. — Мы не можем снимать эту сцену без ребенка, — сказал Джонатан. — Ради бо- га, Энн, сделайте что-нибудь. — А что я могу сделать? — спросила Энн. — Если ребенок чего-то не хочет, вы не сможете его заставить. — Тогда найдите того, который захочет, — скомандовал Джонатан. Итак, бедная Энн была откомандирована в ближайшую деревню на поиски нового героя. — Вам обязательно нужна девочка или подойдет и мальчик? — спросила она пе- ред уходом. — Да хоть гермафродит, лишь бы это был ребенок, — мрачно произнес Джонатан. В течение следующего получаса, в ожидании возвращения Энн, мы с отправились побродить по мелководью в поисках живого реквизита для съемок — вспыльчивых раков отшельников, обитающих в ярко раскрашенных раковинах моллюсков, других раковин с их законными владельцами и колючих крабов-пауков, которые высажива- ют у себя на спине целый водорослей и губок, помогающий им избегать обнаруже- ния. При виде этого богатого выбора живого реквизита наш режиссер немного смягчился — хотя и продолжал проявлять некоторую нервозность, и мы все с не- терпением ожидали возвращения Энн. Наконец она вернулась, победоносно улыбаясь, в компании с симпатичным маль- чиком лет десяти. Но не успела машина с новым героем полностью остановиться, как дверь кафе открылась и на пороге появилась улыбающаяся девочка в новом красивом платье. — Ты посмотри, милый, — воскликнула Пола. — Теперь у тебя целых ребенка. — Думаешь, наш бюджет выдержит двоих? — спросил я Джонатана всей серьезно- стью. В ответ он лишь сердито сверкнул глазами. Итак, весь остаток дня мы снимали сцену с лодкой, что было связано большими сложностями, поскольку наряду со съемками на борту (которые были трудными, но не слишком) Джонатан захотел забраться на гору и снять оттуда панорамный вид гавани вместе с домом Памелы и Диснея и величаво проплывающим через гавань каиком. Ввиду отсутствия рации договорились, что Джонатан поднимется на гору, а я буду наблюдать за ним в бинокль, пока каик описывает плотные круги в ожи- дании дальнейшей инструкций. Когда Джонатан взмахнет рукой, мы разворачиваем- ся на прямой курс и выходим в гавань. Нет нужды говорить, что из-за всех сложностей нам пришлось повторять свой маневр несколько раз. Наконец, когда Джонатан почувствовал себя удовлетворенным настолько, насколько это возможно для режиссера, мы собрали оборудование и отправились в долгий и жаркий обрат- ный путь, мечтая о напитках со льдом, чистой одежде и вкусной еде. Черепашки по-прежнему копошились в ванне.
На следующий день произошла неприятность другого сорта. Джонатан разыскал одну из тех вилл, в которой я и моя семья жили на Корфу, и, увидев, что дом достаточно фотогеничен, он решил снять в нем ряд сцен. После долгих и много- численных телефонных переговоров Энн удалось разыскать хозяина виллы в Афинах и получить его разрешение на съемку внутри и вокруг дома. Но тут выяснилось, что дом сдан в аренду владельцу ночного клуба и его разрешение на съемку так- же необходимо. Найти его оказалось значительно сложнее, поскольку владельцы ночных клубов ведут преимущественно ночной образ жизни и в течение дня абсо- лютно недосягаемы. Только с наступлением темноты (как граф Дракула) они поки- дают свои склепы и мечутся по всему городу, всячески запутывая следы. В конце концов Энн удалось обнаружить его в какой-то необследованной гробнице, но он сразу же заявил, что ни при каких обстоятельствах не позволит нам проводить съемки на вилле. После долгих уговоров Энн наконец добилась от него согласия открыть дом, но только при условии, что он сам будет там присутствовать. Он сообщил Энн дату своего приезда на Корфу и сказал, что лично откроет для нас виллу. Но, увы, это стало очередным испытанием для нервной системы Джонатана: назначенный день наступил и прошел, а владелец ночного клуба так и не появил- ся. — Почему бы нам не поснимать в окрестностях местные пейзажи и веранды, — резонно предложила Энн. — Вполне возможно, он прилетит завтрашним рейсом. — Хотелось бы надеяться, — угрюмо заметил Джонатан, — а пока мы можем по- снимать в Потамосе, в ожидании завтрашнего самолета. Итак, мы отправились в Потамос, очаровательную деревушку, приютившуюся на склоне холма, с аккуратными разноцветными домиками с арочными верандами, вы- глядевшими в точности так же, как и сорок лет назад. Под каждой аркой веранды находилось гнездо ласточки, наполненное широко разевающими рты птенцами, а под каждым гнездом стоял картонный ящик для улавливания птичьего помета, ко- торым так щедро и безвозмездно делились с нами птицы. Мне вспомнилась грече- ская пословица, гласившая, что дом не может считаться домом, пока под его крышей не свила гнездо ласточка. Наблюдая за подлетающими к гнезду родителями с клювами, заполненными насекомыми, которых они всовывали в жадно раскрытые рты своих птенцов, я думал о том, что это, вероятно, прапрапрапрапраправнукн тех ласточек, которых я видел в таких же гнездах под крышами, когда был ре- бенком. Сняв сцену с ласточками и еще несколько других сцен в деревне, мы вернулись в отель. Черепашки по-прежнему копошились в ванне. Утро следующего дня было ясным и безоблачным. Самолет из Афин прибыл, но нужного нам человека не было на его борту. — Черт с ним! — прорычал Джонатан. — Мы все равно поедем на виллу и снимем все, что нам надо. Эта была та самая вилла, которую я описал в книге о своем детстве, прове- денном на острове Корфу, где вывел ее под названием Белоснежная Вилла. Она стояла среди большой и древней оливковой рощи, под сенью гигантской магнолии, олеандров, покрытых белыми и розовыми цветами, я вьющейся по веранде вино- градной лозы, которая ближе к осени тяжелела от гроздьев белых продолговатых ягод. Увы, когда мы, проехав по каменистой, усеянной выбоинами дороге, оста- новились напротив дома, я увидел, что вилла больше не была белоснежной. Ее когда-то белые стены потускнели от сырости, кое-где отвалилась штукатурка, а зеленые ставни выцвели от солнца и краска на них облупилась. Но, даже несмот- ря на эти признаки упадка, вилла как-то умудрилась сохранить свою элегант- ность , хотя я никак не мог понять, как можно относиться с таким жестоким пре- небрежением к столь красивому и изысканному строению. Пока распаковывали оборудование, я провел Ли по заросшему саду, среди олив- ковых деревьев погрузился в ностальгические воспоминания. Вот здесь находи-
лась веранда, на которой во время одной из наших многочисленных вечеринок мои животные устроили разгром: сбежавшие сороки напились разлитого по рюмкам ви- на, а затем привели в полный беспорядок тщательно накрытый стол перед самым приходом гостей, в то время как под столом притаилась грозная чайка Алеко, которая начала клевать гостей в ноги, когда они расселись по местам. А вот на этой стене обычно сидел мой любимый геккон Джеронимо, который однажды в моей спальне одолел в смертельной схватке богомола, вдвое превосходившего его раз- мерами. Примерно в сотне ярдов от дома стояла маленькая семейная часовня — одна из тех очаровательных, разбросанных по всей Греции, миниатюрных церкву- шек, построенных бог знает когда в честь какого-то малоизвестного святого, совершившего то или иное чудо. Наша часовня была окрашена снаружи розовой краской, во внутреннем помещении, размером с большую комнату, стояли складные сиденья для прихожан, а над алтарем висел образ Богоматери с младенцем. Те- перь здесь все выцвело и пришло в упадок, прошлогодние листья забились под дверь, не позволяя им полностью закрыться, и толстым слоем покрыли пол. Во времена моего детства пол всегда был чисто выметен и застелен дорожками, си- денья блестели, две маленькие негасимые лампады горели перед иконой Богомате- ри с младенцем, а внизу стояла ваза со свежими цветами. Теперь же все было пропитано запахом тлена, а цветов и лампад, дающих свет, не было и в помине. Помню, как однажды, возвращаясь поздно вечером из своей очередной экспедиции за животными, я заметил, что двери часовни случайно оставили открытыми. Поло- жив на землю свой сачок и сумку для насекомых, я подошел к ним, чтобы за- крыть , и передо мной предстала поразительная картина. Был самый разгар сезона светлячков, и когда я заглянул в часовню, то увидел, что, кроме светло- желтого света горящих лампадок, внутренность храма расцвечена десятками вле- тевших в открытые двери светлячков, которые, словно бело-зеленые мерцающие звездочки, ползали по стульям и стенам. Несколько светлячков опустилось на икону Богоматери и украшали ее, как пульсирующие драгоценные камни. Зачаро- ванный этим дивным и красивым зрелищем, я простоял так очень долго, но потом, испугавшись, что светлячки погибнут в закрытой часовне, провел утомительные полчаса, посвященные отлову светлячков при помощи сачка и их выдворению на волю. Завершив изгнание светлячков, я подумал о том, что иконе Богоматери, должно быть, жалко расставаться с таким изысканным украшением своего храма. Вернувшись из часовни, мы увидели Джонатана, который с виноватым видом дер- жал в руке кусок оконного стекла. — Вот посмотрите, — сказал он, показывая нам осколок. — Я всего лишь пытал- ся заглянуть в одно из окон на противоположной стороне дома, когда этот оско- лок упал прямо на меня. Если я просуну руку внутрь, то можно будет открыть окно и проникнуть в дом. Я вздохнул. — Не знаю, какое наказание предусмотрено греческим законом за взлом и про- никновение, но, думаю, никак не меньше нескольких лет, а греческие тюрьмы не слишком комфортабельны. — Я уверена, никто об этом не узнает, — сказала Ли, — тем более если потом мы вставим стекло на место. — А что, если хозяин появится здесь в тот момент, когда мы расположимся в его доме? — спросил я. — Когда все мосты сожжены, отступать некуда, — решительно произнес Джона- тан . — По крайней мере, успеем снять сцены на веранде. Итак, мы проникли на виллу. Наше настойчивое желание попасть внутрь объяс- нялось двумя вескими причинами. Во-первых, Джонатан хотел снять то, как я и Ли бессмысленно выглядываем из различных окон и ходим взад-вперед через две- ри, и, во-вторых, нам требовалось подключиться к электрической сети для про- ведения вечерних и ночных съемок. На все это ушло немало времени, и было уже
поздно, когда мы, наконец, упаковали оборудование и (тщательно закрыв дом и вернув на место кусок стекла) отправились в обратный путь к «Корфу-Палас». Черепашки по-прежнему копошились в ванне. Следующее утро у нас выдалось свободным, поскольку Пола и Джонатан отправи- лись освобождать гусениц, арестованных на таможне. Как мне кажется, эта фраза требует некоторого пояснения. Ввиду того, что время проведения съемок на Кор- фу было не самым удачным для местных гусениц (по крайней мере, тех, которых мы собирались снимать), мы были вынуждены импортировать гусениц из Англии с хорошо известной фермы, где разводят бабочек. Легко представить себе реакцию греческих таможенников, когда, попросив открыть подозрительный ящик, они об- наружили там гусениц перламутровки, капустницы и парусника, устроившихся на своих любимых растениях. Попытки Энн объяснить, что все эти виды гусениц мож- но найти на Корфу, были встречены недружелюбными взглядами офицеров таможни. Если всех этих гусениц можно найти на Корфу, спрашивали они, то зачем потре- бовалось идти на колоссальные расходы, связанные с их импортом из Англии? (Объяснить все трудности съемок фильмов о животных офицерам греческой таможни было просто невозможно.) В любом случае, указывали они — теперь в них загово- рила национальная гордость, — если такие же гусеницы водятся на Корфу, то по- чему мы их не используем? Чем греческие гусеницы хуже английских? Греция все- гда славилась своими огромными, качественными гусеницами. Всем известно, что греческие гусеницы лучшие в мире. Таким образом, какой смысл импортировать английских гусениц (посредственных во всех отношениях), способных заразить гусениц Корфу какой-нибудь опасной болезнью? К полудню Пола, Энн и Джонатан, злые и возбужденные, были вынуждены дать письменное подтверждение того, что все гусеницы были индивидуально осмотрены Королевской коллегией ветеринаров, Королевской коллегией хирургов, министерством сельского хозяйства и Лондон- ским зоологическим обществом. Далее они дали письменные гарантии греческому правительству о выплате крупных страховых сумм в случае, если английская гу- сеница станет причиной гибели хотя бы одной (самой лучшей) гусеницы Корфу. Затем они торжественно пообещали, что английские гусеницы не будут оказывать разлагающего влияния на гусениц Корфу, вступая с ними в какие-либо контакты, и сразу же по окончании съемок все до единой будут выдворены за пределы Корфу и отправлены обратно в Англию — где им и надлежит превратиться во второсорт- ных бабочек. Все трое вернулись в отель едва живыми от изнеможения, но зато испытывая чувство триумфа за отбитых у таможни британских гусениц. И вот в полдень мы снова отправились на виллу. Осколок стекла снова таинст- венным образом вывалился наружу, дом был открыт, и мы приступили к работе. Гусеницы, как и большинство животных, весьма посредственные партнеры по съем- кам. Они либо застывают в полной неподвижности, словно музейные экспонаты, либо начинают скакать по растению с такой скоростью, что камера не успевает за ними следить. Покончив с гусеницами, мы приступили к съемкам других насе- комых, которых Энн, Ли и я усердно собирали в течение последних нескольких дней, — жуков-скакунов, скарабеев, цикад и прочих. Все они были аккуратно рассажены по банкам и спичечным коробкам. Во времена моего детства на Корфу у меня не было всех этих прекрасных приспособлений для ловли насекомых, которые доступны сегодня юным натуралистам, но, как говорится, нужда — мать изобрета- тельности , и я проявлял ее в полной мере. В нашем доме не пропадало ни одного пузырька или банки из-под джема; картонные коробки ценились на вес золота, как и консервные банки, но лучше всего подходили спичечные коробки — их было легко носить с собой повсюду, а благодаря своему маленькому размеру они не позволяли пойманным насекомым слишком активно шевелиться и калечить себя. В моем распоряжении одновременно находилось несколько сотен спичечных коробков, которые я брал с собой в свои экспедиции и возвращался, наполнив их все, на- поминая бродячий мини-зверинец. Разумеется, спичечные коробки, при всей своей
полезности, порою были источником различных казусов. Я хорошо помню тот день, когда случайно оставил один из своих коробков на каминной полке и мой старший брат (никогда не испытывавший особой любви к животным) открыл его, чтобы при- курить сигарету, после чего ему на руку выползла обвешанная детенышами самка скорпиона. Наверное, излишне описывать, что за этим последовало. Однако я был рад, что скромный спичечный коробок не утратил своей актуальности и по сей день, оказав нам помощь при съемках фильма. Но их обитатели все время прояв- ляли свою непокорность, либо падая с цветов, на которые их сажали, либо рас- правляя крылышки и улетая прочь, и поэтому, когда наступил тот момент, кото- рый называют «потеря света» (то есть становится так темно, что даже режиссер с неохотой признает невозможность продолжения съемок), нам пришлось упаковать наших второсортных гусениц и вернуться в город. Черепашки по-прежнему копошились в ванне. Следующее утро (как и все предыдущие) было солнечным, вновь порадовав нас безмятежно голубым небом. Когда мы сидели за своим завтраком, появился Джона- тан, и по всему было видно, что он пребывает в необычайно хорошем настроении. Заказав свой обычный скромный завтрак из овсянки, кофе, тостов, джема, соси- сок, бекона, яичницы, жареного картофеля и десерта в виде фруктового салата и взбитых сливок, он откинулся на стуле и одарил нас лучезарной улыбкой. — Сегодня, — произнес он тоном доброго дяди, предлагающего ребенку пока- таться на слоне, — мы будем снимать сцену со змеями. Жан-Пьер окажет нам по- мощь . — Ты имеешь в виду желтопузика? — спросил я. — Да, эту бронзовую змею. — Могу я заметить, что желтопузик вовсе не змея? Это полоз, или большая безногая ящерица, — объяснил я. — Но он выглядит как змея, — запротестовал Джонатан, в очередной раз рас- строенный вероломством матери-природы. — И, тем не менее, — сказал я, — у него имеются рудиментарные конечности, и если ты грубо схватишь его за хвост, то он отвалится, как у всех ящериц. — Боже мой, — ужаснулся Джонатан, — не хватало еще, чтобы у этой твари по- средине съемки отвалился хвост. И зачем я взялся снимать фильм о животных? Итак, вместе с Жан-Пьером и нашей звездой-рептилией мы отправились в олив- ковую рощу, которая, по мнению Джонатана, была самой фотогеничной на острове, хотя при том, что здесь все оливковые деревья поражают своим величием, было непонятно, какими критериями он руководствовался. Я предупредил его о том, что желтопузик движется со скоростью света и поэтому съемку следует проводить в таком месте, где его было бы легко поймать. Джонатан заверил меня, что он принял в расчет данное обстоятельство. К моему удивлению, так и оказалось, поскольку, прибыв на место, мы увидели проложенную вдоль оливковой рощи осли- ную тропу, которая с обеих сторон была окружена изгородью из камней, форми- рующая извилистый желоб, вполне подходящий для выгула змей, хотя и не предна- значавшийся для такой цели. — А теперь, — сказал Джонатан, — я хочу, чтобы ты и Ли, начав путь с той оливы, дошли до кустов и, внезапно заметив там желтопузика, поймали его. — Подожди минуточку, — возразил я. — Пока мы пройдем эти пятьсот ярдов, он будет уже в пяти милях отсюда. — Ну и что же ты предлагаешь? — спросил он. — Его надо выпустить в тот момент, когда мы подойдем к кусту, — сказал я. — А как? — спросил Джонатан. Я бросил взгляд на тропинку, туда, где должна была произойти предполагаемая поимка. В этом месте извилистая тропинка делала легкий поворот, а вместе с ней и каменная изгородь, образуя небольшую выемку. — Если кто-нибудь спрячется в нише, он сможет выпустить рептилию, как толь-
ко мы туда подойдем, — предложил я. — И кто же это сделает? — спросил Джонатан. — Я, — вызвался Жан-Пьер, герпетолог-любитель и по совместительству управ- ляющий отеля «Корфу-Палас». Он разделся по пояс и был готов приступить к де- лу. — Хорошо, — согласился Джонатан. — Пройдите туда, и мы посмотрим, как это будет выглядеть. Взяв сумку с желтопузиком, Жан-Пьер послушно пробежал до изгиба тропы и прижался к изгороди. — Так не пойдет. Мы вас видим, — крикнул Джонатан. — Присядьте немного. Повинуясь приказу, Жан-Пьер присел на корточки. — Все равно плохо, — снова крикнул Джонатан. — Теперь видна голова. Ложи- тесь . Управляющий «Корфу-Паласа» растянулся в пыли под забором. Если бы постояль- цы отеля смогли увидеть его в этот момент, у них бы появился повод для серь- езных раздумий. — Отлично, — обрадовался Джонатан. — Оставайтесь там лежать, а когда Джерри и Ли подойдут поближе, выпускайте змею. Жан-Пьер остался лежать лицом в пыли под жаркими лучами солнца, пока мы провели пару репетиций. Но вот все было готово. В кульминационный момент жел- топузик был выпущен на свободу и, к моему большому удивлению, продемонстриро- вал примерное поведение. Он быстро пересек нам путь, а затем свернулся коль- цами в траве под стеной, где и был легко пойман без риска оторвать ему хвост. Жан-Пьер поднялся на ноги — его спина блестела от пота, грудь и живот были покрыты тонкой белой пылью, но зато лицо украшала гордая улыбка. Сняв желто- пузика крупным планом, показав его блестящее тело с чешуей, похожей на ма- ленькие бронзовые кирпичики, рудиментарные задние лапы, его красивую голову с узкими глазами и ртом, растянутым в доброй улыбке, мы выпустили его на свобо- ду и еще некоторое время следили за тем, как его маслянистое тело плавно скользит между кустами. К этому времени уже начало смеркаться. И, сделав небольшую паузу на то, чтобы съесть арбуз, розовый, как закатное облако, мы упаковали оборудование и направились обратно в «Корфу-Палас», при- хватив с собой его управляющего, разгоряченного, усталого, пыльного, но не- обычайно довольного своим кинематографическим дебютом. Черепашки по-прежнему копошились в ванне. На следующее утро за завтраком Джонатан вновь пребывал в отличном настрое- нии и не торопясь прокладывал себе путь через тарелки с едой. — Сегодня, — объявил он сквозь рот, заполненный сосиской и яйцом, — сегодня мы будем снимать на озере, как его, Скоттини. — И кого мы будем там снимать? — поинтересовался я. — Водяных черепах, — сообщил он, проглотив пережеванное. — Водяных черепах? — недоверчиво переспросил я. — Да, — подтвердил Джонатан, но затем, неверно проинтерпретировав мою инто- нацию, встревожено спросил: — Они все еще у вас, не так ли? — Да, конечно, — ответил я. — Мне даже уже кажется, что наша ванна без них уже не будет такой же. Мы уже начали испытывать к ним близкую привязанность. — Ну и хорошо, — успокоился Джонатан. — А то я уже испугался, что они от вас сбежали. — К несчастью, нет, — ответил я. — Тогда слушайте, что нам предстоит сегодня сделать. Мы снимем, как ты и Ли подходите к берегу озера, где ты начнешь рассказывать ей о том, как в детстве приходил сюда и ловил всяких животных. Мы снимем лягушек, тритонов, пойманно- го Жан-Пьером ужа, а затем перейдем к черепахам. Ты объяснишь Ли, как просто поймать водяную черепаху.
— Прошу прощения, — прервал я его. — Ты когда-нибудь видел, как бегают во- дяные черепахи? — Ну, ничего страшного, — сказал Джонатан, с легкостью отмахнувшись от мое- го возражения. — В конце концов, у нас их целых восемь штук. Одна из них не- пременно окажется пенсионеркой, которой по возрасту положено двигаться мед- леннее остальных. Джонатан искренне верил в то, что рано или поздно найдется животное, кото- рое будет выполнять его указания. На протяжении всех съемок он упрямо придер- живался этого принципа, хотя ему еще ни разу не удалить найти подтверждения. — Среди наших черепашек нет ни одного пенсионера, — сказала мне Ли вполго- лоса. — Когда мы вынимаем их из ванны, чтобы принять душ, они носятся по по- лу , как сумасшедшие. — Я знаю, — ответил я. — Но давай не будем подрывать непоколебимую веру Джонатана в мать-природу. Кто знает, вдруг на сей раз произойдет чудо? Так начался великий черепаший день. Черепашек вытащили из нашей ванны (к несказанному облегчению убиравших в нашем номере горничных), посадили их в подходящую емкость и под конвоем из трех машин отправили на озеро. Жан-Пьер, окрыленный своим кинематографическим успехом в роли пастуха желтопузика, по- ехал вмести с нами, чтобы попасти для нас ужа. День выдался необычайно жар- ким, и мы были рады, когда дорога нырнула в тенистую глубину больших оливко- вых рощ. Эти рощи в дни моей юности были для меня магическим местом. Для взрослых, прогуливающихся среди этих стволов, с их зияющими дуплами и кронами серебристо-зеленых листьев, оливковые рощи были просто живописной декорацией, дарующей спасительную прохладу, но для меня они были неистощимым кладезем жи- вых существ. Мириады отверстий в каждом дереве служили убежищем для десятков различных созданий — от сплюшки обыкновенной до сони, от крапивника до черных крыс. В определенное время года можно было увидеть, как вверх по стволам пол- зут странные, горбатые, пучеглазые создания. Через какое-то время кожа на их спинах лопалась, и медленно, с большими усилиями из футляра выбирались орехо- во-коричневые с серебряными крылышками цикады — истинные предвестницы лета, заставляющие весь остров звенеть от своих песен. У корней олив можно было найти многоножек длиной с карандаш или жаб с серебристой кожей, покрытой зе- леными пятнышками, благодаря которой они выглядели как средневековые карты мира, где все континенты были нанесены неверно. Насекомые здесь были повсюду: бабочки, муравьиные львы, божьи коровки, хрупкие мушки с кружевными крылышка- ми, откладывающие яйца в пазухе между тонкими черенками и стеблем растений, пары иссиня-черных жуков скарабеев, скатывающих навоз в шары и закапывающих их в землю в качестве инкубаторов для будущего потомства. Кто-то однажды ска- зал мне, что ему непонятно, почему я столько времени провожу в оливковых ро- щах — они такие скучные и безжизненные. Для меня эти рощи представляли собой бесконечную, завораживающую живую картину живых созданий, а весной они покры- вались цветами, и казалось, будто кто-то опрокинул ящик с красками среди ог- ромных , темных, искривленных стволов. Их можно назвать как угодно, но только не скучными и безжизненными. Наконец каменистая дорога вышла из оливковой рощи, и мы выехали на берег озера Скоттини. Это было почти круглое озеро площадью около семи-восьми ак- ров, со всех сторон окруженное деревьями. В самом его центре находился зарос- ший тростником остров, а неглубокая вода была заполнена нефритово-зелеными водорослями. Как и оливковые рощи, оно также на первый взгляд могло показать- ся безжизненным, но я хорошо знал, что это целый замкнутый мир, в глубинах которого метались, крутились, толкались, извивались самые различные формы микроскопической жизни, устрашающие личинки стрекоз, маленькие рыбки, трито- ны, змеи и водяные черепашки. Я помню, как однажды в детстве пришел на озеро и целый день занимался сбором экспонатов для своей коллекции, и моих пленни-
ков оказалось так много, что вскоре все заготовленные емкости были заняты, поэтому мне пришлось снять одежду, чтобы завернуть в нее мои бесценные тро- феи, так что на нашу виллу, к ужасу моей матери, я вернулся абсолютно голым. Итак, после того как Джонатан, обследовав окрестности, нашел подходящее ме- сто, камеры были установлены, и мы приступили к съемке первого эпизода, где главную роль исполнял уж. Наш змеиный пастух, забыв об управлении отелем, бо- сиком, с закатанными брюками, обнаженный по пояс, вытанцовывал по колено в мутной жиже, заставляя красивую рептилию выполнять указания режиссера. Уж все сделал безукоризненно: проскользни по грязи, прополз по траве и, наконец, по- плыл через озеро, держа над водой большую красивую голову и оставляя за собой V-образный след. — А теперь перейдем к piece de resistance, — объявил Джонатан, испытывавший сильное возбуждение после нашего успеха с ужом. — Водяные черепахи. Теперь я хочу, чтобы вы взяли трех черепах и положили их на траву возле воды, а ты и Ли будете проходить мимо и, заметив греющихся на солнышке черепах, подкраде- тесь и схватите одну из них, а две другие прыгнут в озеро. — Они исчезнут с этого берега прежде, чем ты успеешь произнести «Джонатан Харрис», — предупредил я. — Все равно, давайте попробуем, — настоял на своем Джонатан. Итак, три черепахи были выставлены на исходную позицию Жан-Пьером, а мы с Ли отошли на указанное нам место. — Внимание, снимаем! — скомандовал Джонатан. Жан-Пьер отпустил черепах и отскочил назад, чтобы не попасть в кадр. Мы с Ли сделали шаг вперед. Три черепашки сорвались, словно гоночные машины в Ле Мане, промчались вниз по берегу, нырнули в воду и исчезли. — Проклятье, — произнес Джонатан. — Нам нужно удерживать их чуть подольше. — Не забудь, у нас их осталось только пять, — напомнила Ли. — Давайте попробуем следующую тройку, — сказал Джонатан. — Я уверен, на этот раз все получится. Очередные три черепахи были отнесены подальше от уреза воды, и Жан-Пьер крепко держал их до тех пор, пока Джонатан не скомандовал: «Снимаем!». На этот раз черепахи вели себя иначе. По всей видимости, они не видели, где вода, и поэтому не знали, в какую сторону им бежать. Несколько секунд они кружили на месте, а затем побежали прямо на камеру и проскочили прямо под треножником. Снова и снова мы пытались заставить их бежать к озеру, но каждый раз они бежали в обратную сторону, проявляя упрямство, на которое способны только ослы или черепахи. В отчаянии мы перенесли их на возвышенное место, откуда они могли видеть лишь отблеск воды, после чего они бросились в ту сто- рону и исчезли с тем же проворством, что и первые трое. На лице Джонатана появилась его самая хитклиффовская гримаса. Мы сделали еще одну попытку с одной из двух оставшихся черепах, и она предложила нам но- вый вариант поведения. Она спряталась в панцирь и оставалась неподвижной, словно камень. Что бы мы ни делали, она не шевелилась. Затем, когда мы все собрались на экстренное совещание, посвященное ее упрямству, черепаха совер- шенно неожиданно вернулась к жизни и бросилась вниз по берегу, навстречу сво- боде, прежде чем кто-либо из нас успел ее остановить. Теперь у нас оставалась всего одна черепаха, и положение было просто отчаянным. Джонатан решил больше не рисковать, и поэтому мы сняли сцену поимки в обратной последовательности, то есть в первом кадре Ли вытаскивала из сети черепаху и освобождала ее от водорослей, как будто она только что ее поймала. Затем мы выпустили черепаху на мелководье и сняли, как она уплывает, а в заключительных кадрах мы с Ли бегаем по берегу и ловим воображаемую черепаху. Как ни странно, когда все эти кадры были аккуратно вырезаны, отредактированы и склеены друг с другом в нуж- ной последовательности, получилась достаточно правдоподобная картина. Однако
использование такого приема может привести к нервному расстройству, поскольку вы не можете быть уверенными в успехе, пока не увидите весь отснятый материал в монтажной. И вот в этот последний съемочный день мы выпустили на волю всех наших животных, после чего упаковали оборудование и, оставив маленькое озеро, приютившееся среди оливковых рощ, усталые, но довольные вернулись в город. В нашей ванне больше не было черепах. Вдоволь понежившись в ванне, мы с Ли целый вечер бродили по старинным узким улочкам Корфу, заходили в гости к моим многочисленным друзьям, пили слишком много рецины, пели песни, ели жареную баранину и креветок. Мы знали, что впе- реди нас ждут долгие недели работы в душных монтажных и студиях звукозаписи в Торонто, многократный просмотр сотен ярдов пленки, сочинение комментариев и их запись — скучная, утомительная работа, которую необходимо выполнить, преж- де чем фильм будет представлять собой законченный продукт. Но все это ожидало нас впереди, и мы еще пока могли наслаждаться жизнью. Было уже очень поздно, когда берегом моря мы вернулись в отель. В небе све- тила высокая и ясная луна; кратеры и горы проступали, как легкие тени, на ее лике, из-за чего она слабо мерцала, как перламутровый диск, испещряя серебри- стыми полосками темную, бархатную гладь моря. Где-то среди деревьев две сплюшки перезванивались друг с другом, как крохотные колокольчики, а теплый густой воздух нес в себе запах моря, цветов и деревьев.
Литпортал РАССКАЗЫ И ПОВЕСТИ СМЫСЛ 54 В. Полищук Михаил Петрович Рязанцев давно махнул рукой на свою внешность и потому по- нятия не имел о том, как меняется его оболочка. А тут пришлось ему примерять
в магазине костюм, - жена уговорила, - и попал Рязанцев в кабину, где зеркала сразу с трех сторон. В кабине же, осматривая под надзором Ольги Сергеевны об- нову, он увидел трех непохожих друг на друга, но одинаково неприятных мужчин. Одного - узкоплечего, с приплюснутым обезьяньим затылком, другого - с висячим носом и светящейся макушкой, и третьего, хорошо знакомого, с мешками под гла- зами, двухдневной щетиной и начинавшей подвисать щекой. От этого наблюдения вселилось в него привычное чувство побитости. Он встревожился - но не из-за признаков старости, подсунутых ему бессловес- ным стеклом. Стало вдруг очевидно, что заброшенная его оболочка переросла в отдельное существо, и притом существо глубоко чуждой ему породы. Такая особь должна курить папиросы «Беломор», безропотно выстаивать битый час в очереди за кружкой мутного пива и превыше всех благ ценить тупое глазение в телеви- зор. На общепринятом, внешнем языке ее можно было обозначить тусклыми терми- нами - обыватель, тюфяк. На внутреннем же языке Рязанцева - это существо на- зывалось титулом особым, в тысячу раз более точным, но из-за случайного сов- падения звучавшим для окружающих не вполне пристойно. На внутреннем языке Михаил Петрович говорил с раннего детства, и без него, возможно, пропал бы на этом свете, потому что начисто был лишен способности отдавать и исполнять приказы. Жители нашей планеты ежеминутно, сами того не замечая, обмениваются прика- зами - а у Рязанцева был какой-то врожденный порок. Едва заслышав любой на- чальствующий голос, он цепенел и терял координацию движений. В детстве Рязан- цев иногда еще лепетал при этом какие-то птичьи слова, но они не помогали. Поэтому, став немного взрослее, он научился слова таить, а от воли окружающих откупаться. За ценой он не стоял - откупался и вымученными приличными отметками, и не- уклюжей лестью, и даже бутербродами, которые мать давала ему на обед. Он и в институт исхитрился поступить, чтобы откупиться от армейской службы и от мно- жества чужих людей, которые возымели бы право отдавать ему приказы; он и же- нился, чтобы откупиться от слез однокурсницы Олечки - слабенькой, неулыбчи- вой, прихрамывающей. А уж после этого заглядывал в зеркало разве что за бритьем, предоставив своей наружности полную свободу для самостоятельной ми- микрии. Так, сам того не заметив, Рязанцев превратился в человека, возраст которого определить трудно, еще труднее угадать, о чем он думает и думает ли вообще, - в немолодого образцового семьянина, удел которого носить неопреде- ленного покроя костюмы, всегда имеющиеся в свободной продаже. Вот что откры- лось ему в примерочной магазина «Мужская одежда». Шагая домой с очередным мешковатым костюмом, Михаил Петрович уныло размыш- лял о несовершенстве своей дряблой фигуры, о скудости внешнего языка - и еще о том, что придется, видимо, ему снова менять место службы. Из-за доставшегося ему от природы характера Рязанцев менял службу часто, так что к сорока двум годам довелось ему и проектировать мосты, и рассчиты- вать ирригационные системы, и создавать транспортные сети. Был он программи- стом редкого класса и работником слыл незаменимым. С каждой службы его отпус- кали с сожалением, так и не поняв, почему этот пасмурный человек уходит. А Михаил Петрович подавал на расчет, едва начальство, попривыкнув к новому ли- цу, начинало обращаться к нему на ты. Теперь, после примерочной, он решил, что иного обхождения, пожалуй, и не заслуживает - но тем не менее подумал, что с проектированием химкомбинатов тоже пора кончать. Обычно это давалось ему легко. Скоротечные свои службы Ми- хаил Петрович не принимал всерьез и никогда не обозначал словом «работа». Работой было другое, тайное дело, которым он был занят почти непрерывно и о котором знал только его приятель Василий Степанович - математик, увлекавшийся лингвистикой, инопланетными цивилизациями, системой йогов, столоверчением и
за всем этим до сорока лет засидевшийся в должности младшего научного сотруд- ника. Василию Степановичу не разрешалось держать рукописи дома, и он мох1 работать над словарем языка ахту только подпольно, у приятелей. При супруге он языков не знал, глуповато острил и говорил только о грядущем повышении по службе - поэтому многие считали его заурядным прохвостом. Но все свое свободное время Василий Степанович отдавал словарю, составлял его по какой-то особой системе, которую пышно именовал интегральной. Что это была за система и откуда он зна- ет язык ахту, понять было трудно: ни одного живого ахтуанца Василий Степано- вич не видел в глаза. Когда он приходил к Рязанцевым, хозяйка дома радовалась. Гость в дом - ра- дость в дом, повторяла она, когда кто-нибудь ее слушал. И при этом не лицеме- рила. Кто бы ни пришел - даже Василий Степанович, муж оживал и обретал дар речи. А она ни о чем большем и не мечтала. Чтобы гостю у них понравилось, Ольга Сергеевна старалась как могла: ставила на стол пиво, незатейливую за- куску и, прихрамывая, удалялась на кухню. Знала бы она, как муж презирает пиво... Вот и сейчас, не доходя еще до дома, издали Рязанцева углядела округлую фи- гуру Василия Степановича, кротко поджидавшего на лавочке у подъезда. И тотчас обрадовалась, засуетилась... Не прошло и пяти минут - а мужчины были усажены за стол. Едва она вышла, Василий Степанович проворно разложил свои рукописи, а Ря- занцев прикрыл глаза. Внутренний язык не поддавался записи на бумагу и потому требовал особой со- средоточенности. Иначе термины теряли согласованность, и Рязанцев сбивался на примитивную внешнюю логику. Чтобы отделаться от нее, он для разгона решал по своей системе какую-нибудь задачу, во внешнем мире слывшую архисложной. Дока- зывал великую теорему Ферма или на скорую руку разбирал одну из темных про- блем Гильберта. Этот способ разминаться был тайной даже для Василия Степано- вича, не знавшего, что его друг кое-что смыслит в чистой математике. Логика никак не настраивалась. Мешали и детские крики за окном, и острый запах селедки, торжественно выставленной на стол Ольгой Сергеевной. А когда дело, наконец, пошло на лад, гость вдруг заерзал на стуле и нарушил обет мол- чания . - Нас, дорогой Михаил Петрович, всем отделом на три точки бросили, - сказал он робко. - Какие точки? - произнес Рязанцев, неохотно переходя на внешний язык. - Вообще-то болтать не положено. Ну, да в самом общем виде... В общем, задача такая: при каких условиях точка последовательно столкнется с двумя другими. Все три движутся призвольно. Уже полгода бьемся. Теперь весь отдел прикрепи- ли. - Баловство, - буркнул Рязанцев, все еще цепляясь за достигнутую сосредото- ченность . - Вам баловство, а у людей премия горит. А если кто решит, так и старшего могут дать. На этом беседа прервалась. Рязанцев снова закрыл глаза. Но проблема Гиль- берта уже ускользнула, и навязчиво замаячили в голове эти бессмысленные три точки. Василий Степанович жевал бутерброд, домогаясь восемнадцатого смысла слова «тай», когда послышался голос, показавшийся ему незнакомым. - Шансы на последовательное столкновение с двумя другими имеет точка, лежа- щая на поверхности, кривизна которой определяется первой... нет, второй произ- водной от вот такой функции. Василий Степанович оторопел. Не первый год он знал Рязанцева, но никогда
еще тот не произносил столько слов подряд. Подняв же глаза, гость увидел и вовсе немыслимое. Это был Рязанцев, сомневаться не приходилось, но что же та- кое с ним стало? Подтянутый, пожалуй, даже спортивный человек бесшумно шагал по комнате, держа в руке листок с формулами. И отвисших щек как не бывало, и глаза блестели. Куда девалась его привычная побитость? - Что же вы молчите? - сурово спрашивал он Василия Степановича. - Нельзя вас сейчас перебивать, нельзя, голубчик, - лепетал толстяк, глядя на него влюбленными глазами. - При таком условии, - продолжал Рязанцев, - решение находится численными методами. Только счета потребуется неведомо сколько. Да не молчите же! - Нельзя! У вас - киай, неодолимый киай! - Это на каком диалекте? На ахтуанском, что ли? Ну, да вернемся к нашим точкам. Можно решать и не численными методами. Если скорости у точек не све- товые, то при соблюдении вот такого условия... Ольга Сергеевна, вошедшая в комнату на звук разбитой тарелки, застала неве- роятную сцену. Низенький Василий Степанович, привстав на цыпочки, целовал му- жа в небритую щеку, бормоча «Общее решение! Это же общее решение! Ох, и прав же я был в смысле пятьдесят три». Завидев ее, оба сразу поникли, муж открыл рот, уставившись в пространство, а Василий Степанович фальшивым голосом заго- ворил о прибавке зарплаты. А теперь следует объяснить, в каком это смысле «пятьдесят три» почитал себя правым Василий Степанович. Придется посмотреть сквозь пальцы на неряшливость этого выражения, нередко применяемого в ученых сочинениях, когда требуется обозначить какую-нибудь известную читателю теорему или адресовать его к соот- ветствующему пункту списка литературы. Василий Степанович намекал на им же разысканную в городской библиотеке бро- шюрку с загадочным названием «Пятьдесят шесть теорем эволюции, вытекающих из седьмого постулата Харченко». Автором ее значился никому не известный доцент Швиндлер, и ни в каких других хранилищах эту брошюру найти не удавалось. Да и попытка взять ее повторно оказалась неуспешной: тускло отпечатанная тетрадка куда-то затерялась. Вследствие чего канули в забвение многие ее странные свойства, в том числе и подозрительнейшие выходные данные: «Васюки, 1 апреля 1996 года». Самые теоремы, однако, Василий Степанович успел выучить наизусть. Несмотря на показной ученый скепсис, он легко становился адептом любого таин- ственного учения. А теоремы были таинственны и бездоказательны, что для людей такого склада особенно ценно. Седьмой постулат Харченко гласит: у познавательных возможностей мозга суще- ствует предел, так же, как у разрешающей способности любого физического при- бора. Из этого доцент Швиндлер делал ряд экстравагантных выводов, в том числе - теорему пятьдесят три о причинах избыточности человеческого мозга, чаще всего, как известно, реализующего лишь малую долю своих возможностей. Последние этапы эволюции человека - утверждал загадочный доцент - были скачками в эволюции языка. Зарождение отвлеченных понятий, затем математиче- ской логики освобождало множество клеток мозга, ранее до предела заполненного частностями, и создавало избыточность, позволявшую этому непостижимому аппа- рату и далее работать над повышением своей разрешающей способности. Теоремой номер 53 Василий Степанович уже два года изводил Рязанцева, глядя на него молитвенно и твердя, что внутренний рязанцевский язык - это и есть очередной скачок эволюции мышления, что логика этого языка, по его, Василия Степановна, наблюдениям, на несколько порядков совершеннее математической. Ну, да что взять с Василия Степановича - адепт! А все же Рязанцев иногда ему верил. Дом должен быть старым. Иначе откуда у него возьмется душа? И не оттого ли наш век считается нервным, что почти никто не живет там, где родился и вырос?
Если случалось Рязанцеву видеть сон, то любые, даже самые нелепые события происходили в одном и том же месте. В тесной, наяву нелюбимой материнской комнате в затхлой коммуналке. Он не любил и свою новую лакированную квартиру, выпрошенную женой на службе, - эту блочно-панельную крепость Рязанцев угрюмо величал «машиной для житья». Тем не менее среди соседей Рязанцев слыл пример- ным хозяином, образцовым радетелем по части благоустройства - была у него привычка посредством мелких домашних служб откупаться от разговоров с Ольгой Сергеевной. Утро следующего дня Михаил Петрович встретил на балконе, где он мастерил новую, никому не нужную полочку. Жена к нему не подходила - чуяла, что на- строение у него тяжелое. Рязанцев тем временем обдумывал свою вчерашнюю оп- лошность . Хоть и не чужой человек Василий Степанович, нельзя было так раскры- ваться, подобные вещи никогда не сходят с рук без последствий. И последствия не замедлили явиться. Зазвонил телефон, что случалось в доме Рязанцевых редко. - Здравствуйте, Михаил Петрович. С вами говорит доктор технических наук, профессор Константин Иванович Калмыков, - торжественно обратился к нему хоро- шо поставленный голос. Рязанцев болезненно зажмурился - и сразу увидел седовласого мужчину в зам- шевой куртке. Худощавого, загорелого завсегдатая международных конференций, блистающего патентованной интеллигентностью. Профессор аккуратно, как на службу, каждый март ездит в горы, с умело замаскированным отвращением пьет там сухое вино, а в кругу подчиненных предпочитает недорогой портвейн. Прежде чем Калмыков, не дождавшись приветствия, заговорил дальше, Рязанцев успел еще поймать себя на том, что думает на внешнем языке. А Калмыков начал так: - Мне докладывал Василий Степанович, - вы там кое-что смекнули. Ну, я ему, сами понимаете, нагоняй устроил. Однако это мы уладим - победителей не судят. И придется вас, пожалуй, в соавторы включить, а может быть, и к нам перевес- ти. Так что потрудитесь зайти и в трех экземплярах... Дальше Рязанцев не слушал, потому что словечко «потрудитесь» было ему зна- комо издавна. Кто говорит «потрудитесь», тот вскоре скажет «ты». И сразу при- шла побитость, и сразу стала непостижимой не то что задача о трех точках, но даже незатейливая логика профессора Калмыкова. А профессор в конце концов все же прорвался к его слуху: - Жду тебя завтра в десять. Пропуск будет внизу. - Не приду, - с трудом проговорил Михаил Петрович. - Я все забил. И положил трубку. - Что вы наделали, неандерталец? - В каком это смысле? - загорелый мужчина в замше вытаращил глаза. Никогда еще Василий Степанович, рядовой исполнитель, не говорил с ним так развязно. - В смысле пятьдесят три! Слышали про пятьдесят третью теорему Швиндлера? - Не слышал. - Да где вам! Я же говорю - неандерталец. У вас в мозгу умещаются только эти три злосчастные точки. До отвлеченного мышления вы не доросли. - Ну, это ты брось! - Прошу не перебивать! У Швиндлера так и написано: до нынешнего объема мозг вырос именно у неандертальца. Первобытному человеку, как и вам, приходилось запоминать миллионы не связанных между собой подробностей. А у Рязанцева свой язык, своя система логики. Я даже думаю, он может считать быстрее машины. Он зволюционно продвинут! - Точнее, сдвинут, - сострил замшевый. - Если он такой умник, почему ж его в академики не выбирают? - О, вас бы на его месте давно выбрали. Вы бы уже на «Чайке» ездили. А ему
невозможно. У них, у продвинутых, этика развита. Слышали такое слово? Пятьде- сят четвертая теорема Швиндлера, Теорема Этики: дальнейшая эволюция языка, а с ней и следующий этап эволюции человека, невозможны ранее скачка в развитии этики. Рязанцев никакого насилия не выносит. А вы все о своем - академик, акаде- мик... Неужели сами не понимаете, что натворили? Он ведь никогда не придет, ни- когда ! А может быть, и от меня закроется. Да что с вами говорить... Вот какая разыгралась сцена, когда Калмыков вызвал Василия Степановича и рассказал о загадочном разговоре с Рязанцевым, - безответный младший научный сотрудник, махнув рукой на мечты о прибавке, накричал на своего вальяжного начальника. Михаилу Петровичу предстояло выходить в ночную смену. У программистов это дело обычное: машина не должна простаивать. Собираясь на службу, он вдруг1 за- метил, что Ольга Сергеевна как-то желтовато бледна, покашливает, да и хромает сильнее, чем обычно. Он ничего не сказал жене на прощанье, - не было между ними такого обычая, - но выйдя за дверь, подумал, что она, должно быть, боль- на. И снова поймал себя на том, что думает на внешнем языке. В машинном зале было, как всегда по вечерам, прохладно и пусто. Михаил Пет- рович любил ночные смены и ходил в них безропотно: работалось по ночам лучше, а служба работе не мешала. Едва он остался один, как скрипнула дверь и в зал вошел заместитель директора Саркисян. Человек, из-за которого Рязанцев долго колебался, стоит ли ему бросать проектирование химкомбинатов. Как знать - стань Людвиг Аветисович его начальником лет на пятнадцать рань- ше, не пришлось бы, может быть, Рязанцеву менять столько мест службы. Сарки- сян умел, не сфальшивив ни одной нотой, спросить «Как вы себя чувствуете?» Если давал задание - всегда получалось, что никакое это не задание, а прось- ба, которую никто, кроме Рязанцева, выполнить не может. Словом, был мудр и проницателен, хоть и понятия не имел ни о машинных языках, ни о внутренних. Поздоровавшись, Саркисян заговорил о надоевшем всему институту белоречен- ском проекте. Возятся с ним уж третий год, а оптимального варианта все нет. И если завтра к обеду не будет, так хоть на рельсы ложись. Только на кибернети- ку и надежда. Да, конечно, машина устарела: счету ей здесь на двое суток. На- до бы похлопотать насчет новой. Но сейчас-то нужно выручать. Неизвестно как - но ведь Михаил Петрович все может, это каждому известно. Людвиг Аветисович искусно ввернул и о том, что требуется не просто опти- мальный вариант - следует учесть и вздорные требования нефтяников, и сообра- жения, изложенные в записке Кузьмина из главка, и указания, которые заммини- стра дал по телефону. Легко ли это переварить прямолинейной машине? И как это сделать к утру, одному богу известно. Небось, сам Эйнштейн бы спасовал. Но на него, на Михаила Петровича Рязанцева, надеются все. Говорил Саркисян неторопливо, однако монолог длился не более минуты: чувст- во ритма было у него безошибочное. Попросил, улыбнулся, даже за плечи приоб- нял - и исчез. Вот и открылась возможность начать то, что Василий Степанович торжественно называл Великой Проверкой. Рязанцев открыл форточку. Отключил пульт. Начал сосредоточение. Разгонную теорему удалось доказать хорошо, быстро. Но когда настал момент переходить к исходным данным, то вместо белореченского проекта предстало пе- ред ним лицо Ольги Сергеевны. А потом ни с того ни с сего припомнилась мать, и выражение лица у нее было похожее, тревожное. Припомнился запах ее комнаты - запах старого, обжитого дома, не знакомый обитателям бетонных машин для жи- тья, - и полезли в голову многие другие вещи, на внутреннем языке ни назва- ния , ни цены не имевшие.
А дальше явился к нему глагол «откупаться», на внутреннем языке малозначи- тельный, но на внешнем - Михаил Петрович вдруг понял это с леденящей ясностью - исчерпывающий его убогую жизнь до самого дна. Кому нужна эта его иссушающая работа, если он за свои сорок два года не порадовал, не осчастливил ни одно живое существо, не догадался даже завести детей, если с кроткой женщиной, жи- вущей только ради него, он разговаривает разве что о полочках на балконе? Теоремы Швиндлера, наверное, выдумка, баловство - все, кроме пятьдесят чет- вертой. Кроме Теоремы Этики. Рязанцев еще попытался вернуться в себя. Сделал несколько дыхательных уп- ражнений, которым его выучил Василий Степанович - но внутренний язык уже не возвращался. Пришлось снова включить машину и взяться за телефонную трубку. Он знал: Василий Степанович, к счастью, тоже работает в эту ночь на машине. - Вы были глубоко не правы насчет меня в смысле пятьдесят три, - глухо, без приветствия произнес он в трубку. - Не может быть, - всполошился приятель. - Неужели не идет? - Не идет. И не может пойти, так сказать, в смысле пятьдесят четыре. Не та я особь, до эволюции не дорос. И вообще - все это баловство, - Михаил Петро- вич открыл в себе способность невесело усмехаться. - Не надо отчаиваться, - засуетился Василий Степанович. - Это бывает. Киай приходит не всегда. - Причем тут ваш киай? На кой мне черт эти диалекты - я только начинаю по- нимать русский язык. Скажите лучше, не загружена ли ваша большая, - перебил его Рязанцев. - Сегодня свободно, - уныло ответил приятель. - Тогда позвольте мне подключиться... В том институте строжайше запрещали подключать к большой машине посторон- них. Рязанцев знал это, но вдруг понял, что Саркисяна подводить нельзя. Боль- шая могла разделаться с оптимальным вариантом за два часа. Василий Степанович никогда не слышал, чтобы Рязанцев кого-нибудь о чем-нибудь просил. «Черт с ним, с Калмыковым», - решил он про себя, а вслух сказал коротко: - Включаю. Теперь у Михаила Петровича было два свободных часа. Он запер машинный зал и побежал в соседний двор. Магазин был уже закрыт, но около служебного входа возился с какими-то ящиками дюжий детина в тельняшке и с беломориной в зубах. - Будьте любезны сказать, - обратился к нему Рязанцев, - нельзя ли здесь раздобыть пакет молока? - Вот тебе на, - был ответ. - Я-то думал, ты за бутылкой. И звучало это «ты» совсем не обидно. - Нет, за молоком. Жена болеет. - Погоди... - Детина нырнул в дверь, и вместе с ним нырнул благодушный запах жигулевского пива. Через минуту грузчик вернулся с измятым пакетом. Рязанцев протянул ему рубль. - Бог с тобой, брат, - отвечал человек в тельняшке, закуривая новую папиро- су. - С ума сошел? Спрячь. Беги к своей бабе. И стало вдруг легко, как никогда в жизни. Новые, легкие слова и формулы всплыли из мутных глубин непонимания. Это не был тайный, забытый им внутрен- ний язык; слова понял бы и ребенок. Почувствовав их безоружную, но пробную силу, Рязанцев мгновенно облек в них и проблемы Гильберта, и белореченский проект, и многое другое, ему самому еще неведомое. И этот последний рубль пригодился. У трамвайной остановки невесть откуда взялась старушка-цветочница. Подбегая к ней, Рязанцев вдруг сообразил, что первый раз в жизни покупает цветы.
РОДИМЫЕ ПЯТНА Кир Булычев Беда случилась часов в шесть вечера, но сначала никто не сообразил, что же произошло. Инопланетный корабль в лучах вечернего солнца казался облаком, лишенным четких форм, переливчатым и совершенно безопасным. Он отделился от облачной гряды и медленно поплыл над лесом, снижаясь к ок- раине городка, где вдоль пыльных улиц выстроились за палисадниками одноэтаж- ные домики. Над последним, еще новым домом корабль-облако завис надолго, но это не вы- звало ни в ком тревоги. Даже собака Тренога, существо на редкость злобное и сварливое, тявкнула раза два на облако, потом забралась в будку и задремала. В тот момент в доме находились Марья Степановна, ее дочь Леокадия и внучка Сашенька, которая была больна ангиной и капризничала. Семенский, муж Леока- дии, еще не вернулся с работы. Очевидцы рассказывали: облако, повисев несколько минут над домом Семенских, вдруг обрушилось на него, окутало дом, как туманом, затем поднялось вновь, набирая скорость, пока не смешалось с прочими облаками и тучами. Дом исчез. Исчезли также палисадник, заросший сорняками, будка с Треногой и хозяйственные постройки. Осталось пустынное место, где не росло ни травинки, а также квадратная яма от фундамента. Примерно через пять минут пустоту на месте соседского дома увидела Праско- вья Ильинична. Она не поверила собственным глазам, выбежала из дому, потом дошла до границы своего участка, заглянула через забор, но дальше двигаться не посмела, а вернулась в дом и разбудила мужа. Муж сперва отказался идти смотреть на соседский дом, но, видя, что Прасковья рыдает, выглянул в окно и послал жену за милицией. Старшина Пилипенко прибыл на место происшествия через десять минут. После исследования пустой площадки, вокруг которой уже собрался народ, старшина за- дал вопрос: - Кто последним видел здесь дом? Никто не смог в этом признаться, хотя многие подтвердили, что обычно здесь
стоит дом Семенского, еще не вернувшегося со службы. Затем приехала скорая помощь, водитель которой подтвердил общее мнение, что дом Семенского должен стоять на этом месте. Старшина Пилипенко пребывал в растерянности, так как должен был принять меры, прежде чем докладывать на- чальству, но характера мер он не знал. Кто-то предложил оцепить пустую пло- щадку веревкой, но площадка и без того была отгорожена забором. Тогда Пили- пенко послал в райисполком за планом квартала. Семенский, который шел домой, не подозревая дурного, издали увидел густую толпу, но своего дома не увидел. Он сразу понял, что дом сгорел, что было наиболее вероятным объяснением. Это его так поразило, что он остановился по- среди дороги. Тут его увидели, и толпа расступилась, открывая Семенскому про- ход к старшине Пилипенко, стоявшему посреди пустого участка. - Люди живы? - крикнул Семенский издали, не в силах сделать ни шагу. - Вы хозяин? - спросил Пилипенко. - А где дом? - крикнул Семенский. - Не бойтесь! - крикнул Пилипенко. - Пожара не было. Кто-то из присутствующих всхлипнул. Семенский вышел на пустое место, огляделся, не узнавая своего участка, и, куда бы он ни бросил взгляд, наталкивался на внимательные и печальные взгля- ды. - Люди где? - спросил он у старшины Пилипенко. - Какие люди? - Моя семья. Дочь, жена, теща Марья Степановна? Старшина Пилипенко обратил глаза к зрителям, и в толпе закивали. - Еще утром были, - сказал кто-то. - Может, уехали? - спросил старшина. - Его теща от дома никуда, - объяснили из толпы. - Страшного нрава и дико- сти женщина. - У меня и жена была, - сказал Семенский, присел на корточки и поковырял ногтем землю. - Там ничего нет, - сказал водитель скорой помощи. - Материк. Провалиться не могли. - А где дом? - спросил тогда Семенский у старшины. - По этому поводу меня и вызвали, - сказал старшина. - Но вы не волнуйтесь, разберемся. - Может, вам укол сделать? - спросил врач скорой помощи. - Зачем? - спросил Семенский. - Это уже не поможет. - Держись, - сказал водитель скорой помощи. - Утром я уходил, они здесь были, - сказал Семенский. - Леокадия ко мне днем забегала, - подтвердила одна из соседок. - За солью. Если бы что, она бы рассказала. - Тут облако странное висело, - вспомнила другая соседка. - Я в небо смот- рю, а оно висит. Вот, думаю, странное облако. - Почему не сообщили? - спросил строго старшина. - Куда сообщать? - удивилась соседка. - Об чем сообщать? Старшина не ответил. - Нет, - сказал Семенский. - Надо что-то делать. Что же вы стоите? Прибежал посланный из райисполкома. Принес план квартала. Стали смотреть, сверять план с действительностью. Оказалось, что дом Семен- ского на плане значился. Тогда старшина Пилипенко ушел в отделение доложить и испросить указаний. Семенский остался на участке, сказал, подождет, хотя со- седи звали его к себе. Кто-то принес стул. Семенский сел на стул посредине пустого места. Соседи разошлись по домам, но часто подходили к окнам, выгля- дывали и говорили:
- Сидит. Семенский думал. Он прожил на свете сорок один год, работал сантехником, зарабатывал прилично, почти не пил, значительных событий до того с ним не происходило, он их и не ждал. Пустота участка, даже какая-то подметенность, говорила за то, что дом убран надолго, может, навсегда. Соседи или недоброжелатели сделать это с корыстными целями не могли, теща при всей своей вредности и нелюбви к Семенскому не ре- шилась бы на такой шах1. Да и Леокадия бы не позволила - новый дом, второй год как построен, в нем жить да жить... А вдруг они уже не вернутся? Эта мысль сму- тила и расстроила Семенского, и вот по какой причине: дело в том, что еще час назад он мечтал как раз об этом. Он подумал тогда, как хорошо бы придти до- мой , а на дверях бумажка: «Мы уехали к тете Анастасии в Мелитополь. Вернемся через два месяца». Или еще лучше: «Мы уехали в Бразилию. Жди через...». Вот бы- ло бы блаженство. Приходишь домой. Тренога не норовит тяпнуть тебя за пятку, теща не кричит на тебя за то, что ты ноги не вытер, жена не пилит, что премию маленькую дали, дочка не упрекает, что у нее нет велосипеда. Тишина, благо- дать... А вдруг есть какая-то высшая сила? И эта сила услышала его желание. И приняла меры. Как бы вняла его молитвам. Постой-ка, сказал себе Семенский. Получается, что я ликвидировал своих бли- жайших родственников посредством глупого желания. А им каково? Где они те- перь? Может быть, пойти в милицию, все объяснить и потребовать себе наказа- ния? Нет, сначала попробуем сами исправить. Соседи, глядевшие из окон, увидели, как Семенский сполз со стула, встал на колени и, обратив к небу лицо, начал шевелить губами. Он шептал: «Господи или какая там есть высшая сила! Я же не всерьез просил. Это была минутная сла- бость . Верни их, пожалуйста, и тещу, и жену, и дочку, и собаку Треногу!». Со- седи не слышали, конечно, шепота, но понимали, что в поисках утешения Семен- ский обратился к небу, и некоторые сочувствовали ему. Они понимали, что нет ничего хуже, как вернуться с работы домой, в ожидании борща и телевизора, а вместо этого найти голый участок. Когда Семенский убедился, что ответа с неба ему не будет, он снова сел на стул и так просидел до самой ночи, раскаиваясь и вспоминая редкие добрые мо- менты своей жизни, а иногда принимался беззвучно плакать, раскачиваясь на стуле. Соседи по очереди приходили к нему, приглашали к себе, но он мотал го- ловой . Без четверти двенадцать ночи на участок пришел старшина Пилипенко. Поняв, что добром Семенского не уговоришь, старшина препроводил его в отделение ми- лиции, поместил в пустовавшую камеру предварительного заключения и дал две таблетки элениума. Потом накрыл Семенского поверх казенного одеяла своей ши- нелью и запер до утра, чтобы в расстройстве Семенский чего не натворил. Утром на голый участок начали ходить люди с других улиц. Посетило его го- родское начальство. Всем старшина Пилипенко показывал план квартала. Семен- ский снова сидел на стуле. «Вот теща Марья Степановна, - думал он, - она ка- жется злобной и сварливой. Но ведь она думает, как сделать лучше, в ней есть доброта, только скрывается она под грубой и неприятной оболочкой. И вообще в людях надо искать доброе. Даже в животных. Что из того, что Тренога бросается на своих? Она и на чужих лает, значит, и от нее есть польза. А что жена жад- ная и не очень умная женщина, что ж, другой он не заслужил, тоже мне краса- вец! Она по-своему его жалеет. Когда третьего дня теща бойкот затеяла, Леока- дия ему тарелку супу налила, добровольно... Тут на двух «волгах» приехала комиссия из области. В комиссию входили два профессора, полковник и люди в темных костюмах, которым положено разгадывать тайны. Они долго рассматривали, брали пробы земли и воздуха, сомневались, расспрашивали Семенского, правда ли он вчера еще здесь жил? Семенский под-
тверждал, стоял на своем твердо, хотя в глубине души уже начал сомневаться, даже показывал им паспорт, в котором был штамп о браке, прописка и запись о дочери. Отойдя в сторону и совещаясь, гости из области несколько раз повторили сло- ва «космический вариант», «неопознанные объекты», потом заспорили, а уезжая, вежливо попрощались с Семенским за руку и выразили сочувствие. Пилипенко остался на участке. С Семенским они уже сблизились, Пилипенко принес Семенскому бутылку пива, потом стал рассказывать историю своей неудач- ной женитьбы. Семенскии тоже рассказал о своей семье, но мягко, вспоминая только хорошее. Они так разговорились, что не заметили, как над участком по- висло сизое облако, а потом начало медленно снижаться. Не исключено, что их пришибло бы, но сосед разглядел в облаке космический корабль и закричал из своего окна, чтобы они бежали в сторону. Они отбежали. Из корабля спутились дом, собачья конура, огород и хозяйст- венные постройки. Семенскии и Пилипенко смогли вблизи разглядеть космический корабль, который поблескивал сквозь облако, и увидели, как осторожно разжима- ются огромные металлические клешни, освобождая пленный дом. Дом чуть покач- нулся и встал точно на положенное место. - Повезло, - сказал Пилипенко. - Могло и придавить. В мгновение ока улица заполнилась народом, хотя никто не осмелился подойти близко. Все наблюдали и ждали появления людей или хотя бы действий со стороны Семенского. Семенскии не сразу сдвинулся с места. А вдруг он откроет дверь, а там обна- ружатся бездыханные тела. Семенскии посмотрел на Пилипенко. Пилипенко ответил выразительным взглядом. Пилипенко, конечно, понимал, что ему как представителю власти следовало бы сделать первый шаг. Но ведь и милиционер остается в глубине души просто чело- веком и страшится неизвестности. Пилипенке легче было бы знать, что в доме скрывается особо опасный и вооруженный преступник, чем погибшие в небе невин- ные женщины и дети. И в этот страшный момент неизвестности из конуры выглянула собака Тренога, увидела хозяина и со всех ног бросилась к нему. Семенскии отступил было, опа- саясь злобного нападения, но собака ни о чем подобном и не помышляла. Мотая хвостом, она принялась ласкаться к Семенскому, прыгать на задних лапах, раду- ясь после разлуки. Семенскии растрогался, осторожно погладил ее по курчавой макушке, а Пилипенко сказал: - Возможен благополучный исход. И он был прав. В тот же миг растворилось окошко, и оттуда выглянула Марья Степановна, пол- ная женщина с выразительным, но обычно суровым лицом. - Коля, милый! Чего стоишь, заходи! Товарища милиционера приглашай. Семенскии открыл рот, чтобы ответить, но ответить не смог, потому что нико- гда еще не слышал от тещи подобного приглашения. - Пошли, - сказал Пилипенко. - Зовут. Из двери выбежали Леокадия и дочка Сашенька. Они со всех ног подбежали к отцу, обхватили его руками принялись целовать и ласкать. - Как ты тут без нас! - воскликнула Леокадия. - Он ничего не ел! - крикнула теща из окна. - Я разжигаю плиту! А дочка Сашенька безмолвно прижалась к папиной ноге. Старшина Пилипенко сказал, что вообще-то ему надо снять с семьи Семенских показания по части таинственного отсутствия, но делать это он будет не сей- час , а завтра, чтобы не мешать семейной встрече. И ушел. Семенскии, сопровождаемый подобревшей Треногой, вошел в дом и с первого взгляда поразился происшедшим в нем переменам. В доме было чисто. Хрустально,
окончательно, невероятно. Куда исчезли жуткие следы деятельности тещи, кото- рая имела обыкновение собирать по улицам барахло (а вдруг пригодится?). Где пыль, которую полгода не могла собраться вытереть ленивая Леокадия? Где лома- ные игрушки Сашеньки, почему они не валяются под ногами? Но как следует разобраться Семенский не успел - теща расторопно накрывала на стол, поглядывая на него ласковыми глазами, которые так украшали ее прежде недоброе лицо. Сашенька добровольно и безропотно побежала мыть ручки, а Лео- кадия достала из буфета графинчик, сама поставила на стол, чтобы выпить за благополучное возвращение. - Как вы? - обрел, наконец, дар речи Семенский, усаживаясь за стол. - У нас все в порядке, - первой отозвалась Сашенька. - Мы очень по тебе скучали. А ты? - Я тоже, - сказал Семенский. - Я думал, что вас совсем унесло. - И почувствовал некоторое облегчение, - сказала теща с улыбкой. - Что гре- ха таить, нелегко с нами приходилось. Семенский открыл рот, услышав такое странное признание от несгибаемой Марьи Степановны, и тут взгляд его упал на шею жены Леокадии. Что-то было не так. Потом понял: отсутствовало родимое пятно под ухом. - Леокадия, - сказал он тихо, потрясенный страшным подозрением. - Где пят- но? Он показал пальцем на шею жены, и тревожные мысли побежали в его мозгу: это не его семья! Его семья не такая. Его дом не такой... Он машинально поднес ко рту ложку с борщом и понял, что и борщ не тот - такого вкусного борща ему в жизни не приходилось есть. Его семью подменили! - А-а-а! - закричал Семенский, в ужасе вскакивая из-за стола. - Пустите ме- ня! Это не вы! Никто не поднялся вслед за ним. Печальными взглядами семейство проводило его до дверей. В дверях Семенский остановился. - Возражайте! - закричал он. - Вы мои родственники или космические пришель- цы, засланные, чтобы уничтожить нас изнутри? - Если ты о родимом пятне, - спокойно сказала Леокадия, - то мне его удали- ли, потому что со временем оно могло превратиться в злокачественное образова- ние. - А мне аппендицит вырезали, - сообщила Сашенька. - И гланды. Хочешь по- смотреть , папочка? Семенский вернулся в комнату и посмотрел в широко открытый ротик дочери. Ничего там не увидел, но это действие и теплая доверчивость ребенка немного развеяли тревогу. - А зачем? - спросил он. - Кто им позволил? - Ты садись, Коля, остынет, - сказала Марья Степановна. - Мы от тебя ничего не скроем. Семенский послушно ел борщ и наслаждался его вкусом после столь долгой и нервной голодовки. А Марья Степановна с помощью Леокадии рассказывала: - Мы сначала очень испугались. Даже плакали. Живем на Земле, ждем тебя с работы, а вдруг нас уносят в небо. Мы сначала даже не сообразили что к чему. - Но нам объяснили, - сказала Леокадия. - С нами лично имел беседу Покол- вух. - Кто? - Поколвух, их начальник, очень культурный человек, - сказала Марья Степа- новна. - Он искренне полюбил Леокадию. - И я его полюбила, - сказала Леокадия. - Еще чего! - воскликнул Семенский. - Еще этого не хватало. - Папочка, не ревнуй, - сказала Сашенька. - Он зеленый, мне по плечо и на трех ножках.
Это немного успокоило Семенского. Если его дочка - его дочка, а не обман, она врать не будет. - Они к нам прилетели, - сказала Марья Степановна, - для изучения нашей жизни. - Кто их звал? - сопротивлялся Семенский. - Что это за манеры? - Ученые они, понимаешь, папочка. Им очень интересно, как мы живем, к чему стремимся. - Сашенька права, - сказала Марья Степановна, снимая с плиты восхитительные котлеты. - Мы сначала сопротивлялись, а потом они с нами побеседовали, все объяснили. - И мы поняли, - сказала Сашенька. Собака Тренога вежливо тявкнула из-под стола. - Вопрос был принципиальный, - продолжала Марья Степановна. - Доросли ли люди до контактов с межзвездной цивилизацией? Или нет еще? Тогда они выбрали самый обычный дом в самом обычном городе и взяли нас на время, поглядеть... И очень сначала расстроились, - сказала Леокадия. - Ох, как много оказалось в нас всякой требухи, всяких родимых пятен, мещанства, суеверий, злобы и сварливости. - Особенно во мне, - улыбнулась Марья Степановна. - И во мне тоже, - призналась Леокадия. - Нам показали возможности, которые открываются перед человечеством в га- лактическом содружестве, показали счастливый мир общемировой дружбы и потом спросили, не возражаем ли мы, если они попробуют избавить нас от недостатков, как физических, так и моральных, - сказала теща. - Мы их сначала не поняли, - добавила Леокадия. - Мы думали, что в нас нет недостатков, что все недостатки в окружающих. Ох, подумал Семенский, как она гладко говорит. Может, это все-таки подстав- ная жена? Но тут Леокадия кинула на него ласковый взгляд, какого не кидала со времен свадьбы, этот взгляд Семенский ни с чем бы не спутал. - Их интересовало, - сказала Марья Степановна, - можно ли нас от недостат- ков избавить? Наносные ли они? Или неисправимые? Если неисправимые, придется объявить на Земле карантин на тысячу лет. А если в основе своей люди не так уж злы и плохи, то еще, как бы сказать, не все потеряно. - И вы согласились? - Мы несли ответственность за всю планету, - серьезно сказала Марья Степа- новна. - Зато когда нас отпускали обратно, то жали нам руки и очень радова- лись , что теперь не надо карантина. Все исправимо. Ты кушай котлетку, кушай. Я там краткий курс всемирной кухни прошла, буду тебя баловать разносолами... Ночью, нежась в сладких объятиях жены, Семенский испытал большое чувство благодарности к зеленым исследователям. Правда, это чувство несколько умень- шилось, когда Леокадия шепнула ему: - С завтрашнего дня будем с тобой, мой драгоценный, готовиться к институту. За нашей семьей налажено деликатное космическое наблюдение. Нам бы не хоте- лось тебя стыдиться... - Надеюсь, ты не обидишься за нашу прямоту, - сказала утром Марья Степанов- на. - Но человеку свойственно стремиться к прогрессу, к свершениям. - По большому счету, - закончила Сашенька, подняв пальчик. Давно не плакал Семенский. Даже потеряв семью, он не проронил ни слезинки. Но сейчас что-то горячее заструилось по его щекам. Семенский зарыдал. Семен- ский с душевным трепетом и глубокой радостью вступал в новую жизнь... Соседи и знакомые завидуют Семенским. Загляните к ним домой, пусть даже не- взначай, не ко времени. Даже если в этот момент Семенский повторяет непра- вильные глаголы, Леокадия погружена в тайны интегрального исчисления, Марья
Степановна пишет очередное эссе об охране животного мира, а Сашенька, закон- чив уроки, дышит по системе йогов. Даже в такой момент вам будут рады. Любой гость - награда для этой скромной семьи. Марья Степановна, с помощью родных, быстро приготовит скромное, но вкусное угощение, остальные будут развлекать вас интересным разговором об Эрмитаже, о новых археологических открытиях и моральном совершенствовании. И если вы не укоренившийся в отсталости человек, вы уйдете от Семенских душевно обогащенным, удовлетворенным и чуть подросшим. Сам Семенский за прошедшие полгода сильно изменился в лучшую сторону. Он пополнел, но не чересчур, от хорошей калорийной пищи и обязательных утренних пробежек рысцой. Во взгляде его присутствует светлая задумчивость, даже увле- ченность . Семейное счастье, буквально обрушившееся на него с неба, требует ответных действий. Он отличный работник, передовик, после работы всегда успе- вает забежать в магазин, купить картофель или стиральную машину, уделить час, а то и больше общественной деятельности - и торопится домой, где его ждут за- нятия и добрые улыбки ненаглядных родственников. Вот именно в такой момент его и встретил недавно старшина Пилипенко. Семен- ский тяжело ступал по мостовой, потому что нес на голове телевизор ««Гори- зонт» из починки, в правой руке сумку с бананами, в левой портфель, набитый научными монографиями. - Здравствуй, Коля, - сказал ему старшина. - Не трудно тебе? Может, помочь? - А кто будет бороться с трудностями? Кто будет закаляться? - спросил Се- менский . - Ты прав, - вздохнул старшина. - Тебе сказочно повезло. Ведь могли другой дом захватить. И оставался бы ты со злобной тещей и отрицательной женой, как другие несчастливцы. - Могли, - сказал Коля и осторожно опустил на землю тяжелые сумки. - И все было бы как у людей. - Тебе, наверное, теперь на нас смотреть противно, - сказал старшина. - А я не смотрю, - сказал Семенский. - Некогда. - Может, пива выпьем? - спросил старшина. - Пиво вредно, - ответил Семенский. - Ты прав, - согласился старшина. - Вредно. Но я уж сменился. Приму кружку. И вдруг, к своему удивлению, старшина увидел, как глаза Семенского наполня- ются слезами. - Ты чего? - Ничего, все в норме... пройдет. Нервы... Ну хоть бы она разок тявкнула! - Ты о ком? - О собаке своей, о Треноге. Знаешь, Пилипенко, она со всей улицы бездомных котят собирает, к себе в конуру. И облизывает. - Смотри-ка... - А теща их шампунем импортным моет. А у жены ни одного родимого пятна не осталось! - Да, приходится соответствовать, - сказал Пилипенко. И не знал уже, радо- ваться за Семенского или... Вдруг телевизор на голове Семенского покачнулся, рухнул со всего размаха в пыль - Пилипенко его подхватить не успел - вдребезги. Семенский обратил тос- кующий взор к небу, где висело одинокое вечернее облако, и спросил: - Наблюдаешь? - Ты чего? - удивился Пилипенко, который стоял в пыли на коленях, сгребая в кучу остатки телевизора. - Это же просто облако. - А вдруг не просто? Стояла вечерняя тишина, даже собаки молчали. И в этой тишине к небу несся усталый голос Семенского: - Может, возьмете их обратно, а? Хоть временно...
окончательный ответ Айзек Азимов + № <* . ft • •' ..* • * Меррею Темплтону исполнилось сорок пять лет. Он был в расцвете сил, все ор- ганы его тела функционировали отлично. Все было в порядке, за исключением од- ного маленького участка коронарной артерии. Правда, этого было достаточно. Боль обрушилась на него внезапно, мгновенно достигла невыносимой точки, а затем начала стихать. Он дышал все медленней, и в душе воцарилось спокойст- вие. Нет на свете большего наслаждения, чем почувствовать, что боль отступила. Меррею Темплтону показалось, что он поднимается над землей. Открыв глаза, он заметил не без некоторого удивления, что люди в комнате все еще суетятся. Дело происходило в лаборатории; падая, Темплтон успел услы- шать звон стекла и перепуганные голоса коллег. И вот они сгрудились над его распростертым телом, над телом Меррея Темплто- на , на которое..., ну да, - он внезапно понял это! - на которое он сам взирает откуда-то с высоты. Да, он лежал там, на полу, раскинув руки. Лицо было все еще искажено болью. И в то же время он смотрел на себя сверху, никакой боли не ощущая. Мистер Темплтон подумал: «Вот уж чудо из чудес! Все эти россказни о жизни после смерти, оказывается, не такая уж чепуха!» И хотя он понимал, что серьезному ученому, физику, не к лицу такие взгляды, он испытывал не более чем легкое удивление, никоим образом не нарушавшее глу- бокого покоя, в котором он пребывал. Он подумал «За мной должны были прислать ангела». Мало-помалу комната и люди расплылись тьма обступила его, и лишь в отдале- нии что-то брезжило, угадывалась слабо светящаяся фигура - последнее, за что цеплялось его меркнущее зрение. Мистер Темплтон подумал: «Ну и дела? По-моему, я направляюсь на небеса». Но вот и свет исчез... Во всей Вселенной оставался лишь он один - и тогда раздался Голос. Голос сказал: - Мне столько раз это удавалось, и тем не менее я не потерял способности радоваться очередному успеху.
Меррею хотелось что-нибудь ответить, но он не знал, есть ли у него губы, язык, голосовые связки. Все же он попытался издать звук. И это у него получи- лось . Он услышал собственный, хорошо знакомый голос, слова звучали достаточно четко. - Скажите, пожалуйста: я на небесах? Голос ответил: - Небеса - это место. Здесь это слово не имеет смысла. Меррей Темплтон несколько растерялся, однако следующий вопрос напрашивался сам собой: - Простите, если я выгляжу нетактичным. Но вы - бог? В Голосе прозвучала легкая усмешка. - Мне всегда задают этот вопрос; даже странно как-то. Едва ли я сумею дать вам понятный ответ. Я существую - вот все, что можно ответить, а вы уж, пожа- луйста, подберите сами удобный для вас термин. - А что же такое я? - спросил Темплтон. - Душа? Или тоже символ существова- ния? Он старался быть вежливым, но скрыть сарказм, пожалуй, не удалось. Вероят- но, следовало добавить: «Ваше Величество» или «Ваша Святость», что-нибудь в этом роде, но он не мог себя заставить - очень уж это выглядело бы смешно. Хотя кто его знает? Чего доброго, еще накажут за непочтительность. Но Голос не обиделся. - Вас несложно объяснить - даже в понятных для вас терминах, - сказал он. - Конечно, если вам приятно, можете называть себя душой. На самом деле, однако, вы не более чем определенная конфигурация электромагнитных волн, организован- ных таким образом, что все связи и взаимоотношения в этой системе в точности имитируют структуру вашего мозга в период земного существования. Поэтому вы сохраняете способность мыслить, сохраняетесь как личность. Вот и все. Меррей Темплтон не верил своим ушам. - Вы хотите сказать, что сущность моего мозга некоторым образом... перманент- на? - Отнюдь. Ничего вечного в вас нет, за исключением плана, задуманного мной. Упомянутую конфигурацию придумал я. Я создал ее, когда ваша физическая сущ- ность была иной, и реализовал в тот момент, когда предыдущая система отказа- ла. Голос явно был собой доволен. Помолчав, он продолжал: - Ваша конструкция сложна. Она удовлетворяет самым высоким стандартам. Ра- зумеется, я мог бы воспроизвести аналогичным образом любое живое существо на Земле, когда оно умирает, но я этого не делаю. Я не люблю хвататься за что попало. - Значит, вы выбираете немногих? - Очень немногих. - А куда деваются остальные? - Остальные? Никуда. Аннигиляция, дорогой господин Темплтон, самая обыкно- венная аннигиляция. А вы уж вообразили себе ад? Если бы Меррей мог, он бы покраснел. Он сказал поспешно: - Нет, нет. Ничего такого я не воображал. Но я не совсем понимаю, чем я привлек ваше внимание и заслужил эту честь - быть избранным. - Заслужил? Ах, вот что вы имеете в виду. Признаться, трудно порой сужать мышление до пределов, соответствующих вашим... Как вам сказать? Я выбрал вас за умение мыслить. По тем же критериям, по каким выбираю других из числа разум- ных существ в Галактике. Меррей Темплтон почувствовал профессиональное любопытство. Он спросил: - Вы это делаете лично или существуют другие подобные вам?
Наступило молчание; должно быть, он опять сказал что-то не то. Но Голос вновь заговорил и был невозмутим, как и прежде. - Есть другие или нет - вас не касается. Эта Вселенная принадлежит мне и только мне. Она создана по моему желанию, по моему проекту и предназначена исключительно для достижения моих собственных целей. - Значит, вы один? - Вы хотите поймать меня на слове, - заметил Голос. - Представьте себя аме- бой, для которой понятие индивидуальности сопряжено с одной и только одной клеткой. И спросите кита, чье тело состоит из тридцати квадрильонов клеток, кто он: единое существо или колония существ. Как киту ответить, чтобы его по- няла амеба? - Я об этом подумаю, - сказал Меррей Темплтон. - Прекрасно. В этом и состоит ваша функция. Будете думать. - Думать, но зачем? И к тому же... - Меррей запнулся, подыскивая слово, - вы, по-видимому, и так все знаете. - Даже если я осведомлен обо всем, - заметил Голос, - я не могу быть уве- рен, что я все знаю. - Это звучит как постулат из земной философии, - сказал Меррей. - Постулат, который кажется значительным по той причине, что в нем нет никакого смысла. - С вами не соскучишься, - сказал Голос. - Вам хочется ответить на парадокс парадоксом, хотя мои слова отнюдь не парадокс. Подумайте: я существую вечно, но что это собственно значит? Это значит, что я не помню, когда я начал суще- ствовать. Если бы я мог вспомнить об этом, отсюда следовало бы, что мое суще- ствование имело начальную точку. - Но ведь и я... - Позвольте мне продолжить. Итак, если я не знаю, когда я начал быть, и не знаю, начал ли, если я не умею расшифровать понятие вечности моего существо- вания, то уже одно это дает мне право усомниться в моем всеведении. Если же мои знания в самом деле безграничны, то с не меньшим правом я могу утвер- ждать , что безгранично и то, что мне еще предстоит узнать. В самом деле: ес- ли, например, я знаю только все четные числа, то число их бесконечно, и в то же время бесконечно мое незнание нечетных чисел. - Но разве нельзя, исходя из знания четных чисел, вывести существование не- четных - хотя бы разделив четные пополам? - Недурно, - сказал Голос, - я вами доволен. Вашей задачей и будет искать подобные пути, правда, куда более трудные, от известного к неизвестному. Ваша память достаточно обширна. При необходимости вам будет позволено получать до- полнительные сведения, нужные для решения поставленных вами проблем. - Прошу прощения, - сказал Темплтон. - А почему вы сами не можете это де- лать? - Могу, конечно, - усмехнулся Голос. - Но так интереснее. Я построил Все- ленную для того, чтобы расширить число фактов, с которыми имею дело. Я ввел в эту систему принцип дополнительности, принцип случайности, принцип недетерми- нированного детерминизма и... некоторые другие с единственной целью: сократить очевидность. Думаю, что мне это удалось. Далее я предусмотрел условия, при которых могла возникнуть жизнь, и допустил возникновение разума - не потому, что мне нужна его помощь, а потому, что познание само по себе вводит новый фактор случайности. И я обнаружил, что не могу предсказать, где, когда и ка- ким способом будет добыта новая информация. - И так случается? - О, да. И века не проходит, как появляется что-нибудь любопытное. - Вы имеете в виду нечто такое, что вы и сами могли бы придумать, но пока еще не придумали? - спросил Меррей. - Вот именно.
- И вы надеетесь, что я смогу быть полезен для вас в этом смысле? - В ближайшие сто лет я на это не рассчитываю. Но успех рано или поздно обеспечен. Ведь вы... вы будете трудиться вечно. - Я? Буду трудиться вечно? - спросил Меррей. - Я буду вечно думать? - Да, - сказал Голос. - Зачем? - Я уже сказал: чтобы добывать новую информацию. - Ну а дальше? Зачем мне искать новую информацию? - Право же, странный вопрос, господин Темплтон. А чем вы занимались в вашей земной жизни? Какую цель ставили перед собой? - Я стремился заслужить одобрение моих товарищей. Хотел получить удовлетво- рение от своих достижений, зная, что время мое ограничено. А теперь? Теперь предо мной вечность! Это понятие уничтожает всякую цель, не правда ли? Голос спросил: - А разве мысль и открытие сами по себе не дают удовлетворения? - Открытие удовлетворяет, если время, потраченное на него, ограничено. От- крытие , растянутое в бесконечности, не удовлетворит. - Может быть, вы и правы. Но, к сожалению, у вас нет выбора. - А если я откажусь? - Я не намерен вас принуждать - сказал Голос. - Но, видите ли, в этом нет необходимости. Ведь ничего другого вам не остается. Вы не знаете, как сде- лать , чтобы не думать. - В таком случае, - проговорил медленно Меррей Темплтон, - я поступлю ина- че. - Ваше право, - снисходительно ответил Голос. - Могу ли я знать, что вы имеете а виду? - Вы и так уже знаете. Извините, но разговор наш так необычен... Вы построили конфигурацию электромагнитных колебаний таким образом, что мною владеет иллю- зия, будто я вас слышу и отвечаю на ваши слова. На самом же деле вы внушаете мне свои мысли и читаете мои. - Допустим. И что же? - Так вот, - сказал Меррей, - иллюзия это или нет, но я не желаю мыслить с единственной целью развлекать вас. Я не желаю существовать вечно ради того, чтобы тешить вашу любознательность. Я... я приложу все старания к тому, чтобы не мыслить. - Ну-ну, не будем ссориться, - сказал Голос. - Замечу только, что, если вам это и удастся, я немедленно воссоздам вас с таким расчетом, чтобы впредь ваш способ самоубийства стал невозможным. Если же вы отыщете другой способ, я ре- конструирую вас так, чтобы исключить и эту возможность. И так далее. Игра обещает стать интересной, но в любом случае вы будете существовать в качестве мыслящего разума вечно. Так мне хочется, уж не взыщите. Меррей внутренне содрогнулся, но овладел собой и продолжал спокойно: - Значит, я все-таки попал в ад. Вы утверждаете, что ада не существует, но может быть, все дело в словах? - Может быть, - сказал Голос. - Тогда рассмотрим другую возможность, - сказал Меррей. - Что если мои мыс- ли окажутся для вас бесполезны? И если это так, не лучше ли будет меня ликви- дировать и ни о чем больше не беспокоиться? - Ликвидировать... в награду? Вы желаете обрести нирвану в качестве приза за поражение и хотите меня уверить, что это лучший выход для меня? Послушайте, Темплтон, не будем торговаться. Можете мне поверить: вы не будете бесполезны. Имея в распоряжении вечность, вы в конце концов вынуждены будете родить инте- ресную мысль, хочется вам этого или нет. - Ну что ж, - проговорил Меррей. - Тогда я поставлю перед собой другую
цель. Я придумаю нечто такое, о чем вы не только никогда не думали, но и не могли предположить, что это возможно. Я найду последний, окончательный ответ, после которого познание потеряет смысл! - Вы не понимаете природы бесконечности, - ответил Голос, - и странным об- разом Меррею показалось, что отвечает он сам. - Могут существовать вещи, о которых я еще не удосужился узнать. Но не может быть ничего, о чем я не мог бы узнать рано или поздно. - Неправда, - сказал Меррей задумчиво. - Вы не можете знать собственного начала. Вы сами в этом признались. Значит, вы не можете знать и своего конца. Вот и отлично. Это будет моей целью - и станет окончательным ответом. Я не буду стараться уничтожить себя. Я уничтожу вас или вам придется покончить со мной. - Так, - сказал Голос, - вы пришли к этому выводу раньше, чем я предпола- гал . Обычно на это тратят больше времени. Все, кто находится вместе со мной в этом мире вечной мысли, имеют намерение меня уничтожить. Но сделать это не- возможно . - Ничего. Времени у меня достаточно. Что-нибудь придумаю, - сказал Меррей Темплтон. Голос ответил спокойно: - Так думай об этом. И пропал.
СИНТЕЗ ПСА М. Кривич - Простите, у вас мальчик или девочка? - спрашивает полная блондинка с за- стиранной болонкой на поводке. - Кобель, - сухо роняю я. И мы не оглядываясь проходим мимо. Дело в том, что у меня есть собака, и я гуляю с нею три раза в день. Стоп. В этой безукоризненной с фактографической точки зрения посылке есть три неточности, если не сказать три вопиющие неправды. Первая из них - совер- шенно неожиданно - кроется в слове «собака». «Ах, бедная собака!» - говорим мы. - «Какая славная собачка!» И не замеча- ем, что существительное женского рода стыдливо маскирует очевидное обстоя- тельство: все животные бывают двух полов. Но если лошадей мы спокойно подраз- деляем на кобыл и жеребцов, людей - на мужчин и женщин, то с собаками обраща- емся куда менее уважительно: простые слова - кобель и сука, придуманные нами же, чтобы различать собачьи особи разного пола, почему-то попали в разряд не очень приличных. Нелепость. Ведь это же идет вовсе не от моральных качеств умнейших и порядочнейших животных, а от наших, человечьих пороков. Так при чем же, скажите на милость, собаки? Так вот, тот, с кем я последние восемь лет делю кров и кусок хлеба, ни под каким видом не может быть назван словом женского рода. Дело даже не в оклади- стой его бороде и пышных усах, не в боевых шрамах на ушах и лбу. У него суро- вый, немного сумрачный взгляд бывалого бойца-аскета, он величав, спокоен, вежлив, уравновешен, равнодушен к мелочам жизни. Не надо слышать его голос - уверенный хрипловатый бас, достаточно одного взгляда, чтобы понять: это ко- бель божьей милостью. Я зову его... Впрочем, как я его зову, не имеет ни малейшего значения; это наши с ним дела, это слишком интимно. Я буду называть его здесь Псом, и вы, если встретите нас на прогулке, обращайтесь к нему так же. Вторая неточность, вторая неправда заключена в построении «у меня есть». Ох, совсем не очевидно, кто у кого есть... Существует расхожее мнение, будто собака перенимает черты своего хозяина. Я сам не раз замечал, что у длинноносого собаковладельца даже курносый боксер кажется каким-то носатым. Все это так. Безусловно, Пес многое перенял у меня - застенчивость, некоторую неуверенность в незнакомом обществе, походку враз- валочку, даже близорукость. Но и я, в свою очередь, кое-что у него позаимст- вовал . Я ношу бороду и усы такого же ржавого цвета, как и у моего Пса. Когда родственники и друзья уговаривают меня обриться, я ссылаюсь на слабую кожу. В
этом есть резон, но ведь я худо-бедно лет двадцать все же брился, а перестал лишь после того, как щенячий пух на морде Пса превратился в усы и бороду. Однако растительность на лице, как и походка, - всего лишь внешние приметы. Я часто ловлю себя на том, что подражаю повадкам Пса. Когда он хочет переме- нить положение во сне, то, не открывая глаз, приподымается в полный рост и с размаху плюхается на другой бок. И хоть спит он на роскошном ватном одеяле, которое должно смягчать удар от падения его чуть ли не трехпудового тела, вздрагивает пол и позвякивают на стенке медали, завоеванные Псом в молодости на собачьих выставках. Хотите верьте, хотите нет, но я переворачиваясь с боку на бок таким же странным способом с грохотом, одним рывком. Или еще одна моя сравнительно недавно приобретенная повадка, несомненно, заимствованная у Пса. Когда я в длинном нашем институтском коридоре, или в кабинете директора, или в библиотеке вдруг вижу незнакомого человека, я замираю и, раздувая ноздри, близоруко всматриваюсь. И лишь несколько мгновений спустя иду навстречу. Дру- зья шутят, что я делаю стойку на женщин. Чепуха. Любой незнакомый человек вы- зывает у нас - и у Пса, и у меня - такую реакцию. Наконец, последняя неправда, своеобразное следствие неправды второй: поди разберись, кто с кем гуляет - я с ним или он со мной. Вот теперь, введя необходимые, с моей точки зрения, поправки, можно вер- нуться к исходной посылке. После уточнений она будет звучать так: уже не- сколько лет мы - я и Пес - принадлежим друг другу и вместе гуляем три раза в день. И по правде говоря, никто нам больше не нужен. По утрам я просыпаюсь от звона будильника. Наверное, Пес подымается со сво- его одеяла чуть раньше: раскрыв глаза, я всякий раз вижу перед собой его не- много заспанную, но неизменно доброжелательную бородатую морду. Он подходит к моей кровати и тянется, тянется, прогибая могучую спину. Он никогда не прино- сит мне домашние туфли, не подает поводок или ошейник, хотя понимает меня с полуслова и выполняет любую просьбу. Я не люблю подобные штуки; когда собака приносит хозяину тапочки, в этом есть что-то лакейское. А мы с Псом ровня. Не могу сказать, что я в восторге от утренних прогулок. Мы оба охочи по- спать, и рассветная свежесть нас вовсе не бодрит, а вызывает лишь озноб и зе- воту . Мы оба здоровы поесть, и нас ждет завтрак. Кроме того, мне надо спешить на работу. Так что первая прогулка для нас всего лишь необходимая гигиениче- ская процедура. Днем я непременно вырываюсь с работы хотя бы на полчаса, благо живу в трех троллейбусных остановках от института. Он встречает меня на пороге, делает несколько неуклюжих прыжков, упирается мне лапами в грудь. Мы выходим на пус- тырь около дома, и Пес делает вид, что перепутал время. Он деловито устремля- ется к лесу, время от времени с улыбкой поглядывая на меня. Он прекрасно зна- ет, что мы никуда сейчас не пойдем, что я должен возвращаться на службу. Он просто шутит. Я стою посреди пустыря, что-нибудь жую, просматриваю газету, которую не успел прочитать с утра, или листаю реферативный журнал. Пес воз- вращается и начинает носиться вокруг меня, низко опустив лохматую голову; его кожаный глянцевито-черный нос работает подобно пылесосу. Пора возвращаться: ему - домой, мне - на работу. Морда у Пса становится надменно-обиженной, он хмурит брови, отворачивается от меня, всячески давая понять, что это была не прогулка, а издевательство, что с собакой, наделенной такими достоинствами, подобным образом не обращаются. И только легкое подрагивание короткого хвоста выдает, что это тоже всего лишь шутка. Мы прощаемся до вечера. А вот вечером, когда все дела переделаны, все телефонные разговоры перего- ворены, тогда и начинается настоящее. Мы не спеша, обстоятельно собираемся в дорогу. Пес подставляет голову, я застегиваю ошейник и проверяю, не слишком ли он туго затянут, потом надеваю сапоги, телогрейку, подпоясываюсь брезенто-
вым поводком, набиваю трубку, протираю очки. И мы отправляемся навстречу ве- черним приключениям. Мы идем в лес. Собственно говоря, лес - будет, пожалуй, слишком громко сказано. Скорее за- жатый между двумя шумными проспектами зеленый островок, уцелевший при сокру- шительном наступлении города на лес настоящий. Но, когда темнеет, мы чувству- ем себя здесь в настоящем дремучем лесу, хотя лесок и населен, я бы даже ска- зал , перенаселен. Перенаселен он собаками. Островок со всех сторон обложен деревянными запрещающими щитами: нельзя на мотоциклах, нельзя на автомобилях, нельзя мять, нельзя рвать, нельзя разво- дить костры. Напротив, надо беречь, поскольку лес - наше богатство. И нельзя с собаками. Но вечером, презрев угрозу штрафа, сюда из окрестных кварталов стекаются люди с овчарками и болонками, догами и таксами, ризеншнауцерами и фокстерьерами, керри-блю-терьерами и простыми, но очень симпатичными дворня- гами . Лесок наполняется лаем и призывным посвистом собачников. У нас с Псом здесь много знакомых, есть и друзья. Но гулять мы предпочитаем вдвоем. Мы идем по главной аллее, то погружаясь во тьму, то попадая в высвеченный чьим-то карманным фонариком круг, снова скрываемся в тени деревьев и снова выходим на залитые лунным светом полянки. Мы оба большие и в темноте можем, наверное, напугать любого. Оба бородатые, носатые, длинноногие. Ростом велик и ликом страшен, говорили про таких в ста- рину. Мы же абсолютно безопасны. Пес никогда не полезет в драку первым, а подвергшись нападению, поначалу непременно попытается покончить дело полюбов- но. И лишь поняв, что обидчик или обидчики (сколько их - для него не имеет ни малейшего значения) не отказываются от своих недобрых намерений, лишь тогда он принимает бой. И горе неприятелю! Я еще менее агрессивен, не говоря уже о том, что по близорукости не вижу дальше протянутой руки. Но встречные - люди и собаки - этого не знают. От нас шарахаются. Бывает, сворачивают на боковую аллею. А когда свернуть некуда, спрашивают издали: - У вас мальчик или девочка? - Кобель, - с достоинством отвечаю я. И мы не оглядываясь проходим мимо. Сейчас осень. Ветер, разогнавшись на двух самых длинных городских проспек- тах, врывается в наш лесок и путается среди голых стволов, бьется и не нахо- дит выхода. Загнанный, мечущийся, несущий опавшие листья ветер вызывает у ме- ня непонятную тревогу. Тревога все усиливается - от того, должно быть, что со вчерашнего вечера Пес ведет себя как-то необычно. Ночью он почти не спал и не дал спать мне. Он ходил по квартире и громко вздыхал, шумно пил воду из своей алюминиевой миски на кухне, зевал, с грохо- том валился на пол и тут же вставал. Несколько раз я вскакивал с постели, за- жигал лампу и, напялив очки, жмурясь от яркого света, шел к Псу, чтобы пощу- пать его нос. Холодный влажный нос меня немного успокаивал: по всей видимо- сти , Пес все же не был болен. На утренней прогулке мое беспокойство усилилось. В самом раннем своем ще- нячьем возрасте Пес твердо усвоил, что подбирать что-либо на улице в высшей степени неприлично. И эту истину мне ни разу не приходилось ему напоминать. Впрочем, когда мы оба в хорошем расположении духа, Пес может подхватить уве- систый сук или рваный, кем-то брошенный мячик и предложить мне сыграть партию в игру, правила которой известны только нам. Я делаю вид, что хочу отнять на- ходку, Пес подпускает меня близко, а затем быстро отскакивает. Нам обоим ве- село, и мы смеемся. Однако сегодня все было по-другому. Пес озабоченно кружил по пустырю, выис- кивал какую-то дрянь и без тени улыбки, абсолютно серьезно предлагал мне: рваный ботинок, кольцо от лыжной палки, грязную тряпку и - что бы вы дума- ли? - куриную кость! Последнее было абсолютно неожиданно и столь же непри- стойно . Будучи в трезвом уме, мой Пес просто не мог поднять на улице
что-нибудь съестное, а кость тем более. Мы с Псом не признаем убогого служебного языка, на котором люди обычно об- щаются с собаками: место! рядом! ко мне! - и так далее. Мы просто разговари- ваем - Пес понимает меня, а я его. Если мне надо что-то у него попросить, что-то ему посоветовать, от чего-то предостеречь, я, как правило, добавляю «пожалуйста». На сей раз, наверное, от неожиданности у меня вырвалось грубое «фу!». Пес недоуменно пожал плечами и аккуратно положил кость у моих ног. Я с демонстративным омерзением отпихнул ее носком сапога, он же, пристально глядя на меня, снова придвинул ко мне неприличный, запретный предмет. В его глазах был вопрос... От завтрака Пес отказался. На дневной прогулке он вел себя так же странно. Вскоре возле меня вырос ма- ленький холмик, сложенный Псом из его находок. Здесь была какая-то ветка с несколькими желтыми листочками, маленький аптечный пузырек, растрепанный ве- ник, что-то там еще и все та же куриная кость. Наверное, в обычный день я бы попытался разобраться в происходящем, а уж с такими подношениями, как останки курицы, покончил бы раз и навсегда. Но день, увы, был из ряда вон выходящим. Сегодня я впервые за двадцать без малого лет, как говорится, безупречной службы был приглашен в директорский кабинет не для обсуждения планов, не для просмотра нашей с директором совместной статьи, не для отправки моих сотрудников на переборку овощей и не на заседание ученого совета. Впервые я услышал из уст нашего почтенного академика, что работаю не- важно . За тем меня и пригласили. - Я прекрасно понимаю ваши трудности, - бубнил директор. - Но, поверьте, все разумные сроки давно уже прошли, а вы по-прежнему делитесь со мною лишь общетеоретическими соображениями. Мы очень эти соображения ценим, но теорети- ческие изыскания следует на время отложить. Сейчас самое время вплотную за- няться синтезом. Я намерен подключить к работе еще одну лабораторию. Вы воз- ражаете? Что ж, даю вам еще две недели. Я вас не задерживаю... А мне, признаться, после этого и самому не хотелось задерживаться в дирек- торском кабинете. Я химик-органик, синтезирую лекарственные препараты. И судя по всему, в этом деле немало преуспел: в тридцать лет - кандидат, в тридцать пять - заве- дующий лабораторией, из которой вышли дисизин, помпомин, тиманазид и другие препараты. Эти лекарства можно найти в любой аптеке; впрочем, не приведи гос- подь , чтобы они вам или вашим близким когда-нибудь понадобились. Все шло гладко до нового года, когда я - теперь уже ясно, что весьма легко- мысленно , - взялся за злополучный препарат. Тогда новая работа казалась и мне, и моим сотрудникам чрезвычайно интересной и, признаюсь, даже выигрышной. Далеко-далеко, за горами - за морями, на маленьком острове, омываемом теп- лыми водами Тихого океана, живет небольшое племя. Привлекательные женщины, сильные рослые мужчины - я сам видел фотографии. Их хозяйство примитивно, но природа щедра, и они счастливы. Но какое дело, спросите вы, до этих людей на- шему институту, нашей лаборатории и мне? Вот какое. Люди на далеком острове живут подолгу, доживают до глубокой старости. Конечно, и у них случаются бо- лезни, но, заметьте, сердечно-сосудистые - никогда. Никаких инфарктов, ника- ких гипертонических кризов. Этот феномен был обнаружен несколько лет назад; медики из Всемирной организации здравоохранения тщательно обследовали абори- генов и пришли к выводу, что здоровые сердца - это от особой пищи, а точнее, от некоего моллюска, обитающего на золотистых песчаных отмелях у острова и считающегося в здешних местах деликатесом. Недавно мне в руки попала любопытная книжка - о быте, обрядах, песнях жите- лей южных морей. Вот, например, как юноша добивается благосклонности своей любимой: крадет ее травяную юбочку и на рассвете, напялив на себя этот пред-
мет девичьего туалета, купается в океане и напевает магическую песню. Боже, если бы все было так просто! Я бы собственноручно стянул с нашей лаборантки Наташи джинсовую юбку и отдал ее из рук в руки своему старшему научному со- труднику Игорю Семеновичу, который уже какой год по Наташе сохнет. Пусть по- плещется, надев эту юбку, в ванне, пусть перебудит на рассвете магической песней своих соседей по кооперативному дому. Всем будет хорошо: Наташа, нако- нец, выскочит замуж, а счастливый Игорь Семенович перестанет целый день пя- литься на предмет своей страсти в ущерб лабораторному плану. Увы... Я читал эту милую книжку и думал, что моллюск с восхитительно нежным мясом тут вовсе ни при чем, что у людей, которые свято верят в заклинания от нераз- деленной любви, и без особой пищи никогда не заболит сердце. Однако вскоре были получены объективные свидетельства в пользу целебных свойств Molluscus crassus L., так по-латыни называется моллюск. Длинными и сложными путями наш институт получил несколько кубиков экстракта - вытяжки из его мускула. Экс- тракт испытали на мышах, активность препарата великолепно подтвердилась. Поскольку импортировать экзотический натуральный продукт в достаточных ко- личествах не представлялось возможным, надо было поскорее получить синтетиче- ский - аналог. Такое задание и получил наш институт. Завлабы постарше меня не спешили взвалить на себя такую обузу, а я, как выскочка-мальчишка, вызвался сам. Поначалу все шло гладко и споро. Мы в считанные недели выделили дейст- вующее начало, определили брутто-формулу сердечной панацеи и, блестяще выпол- нив квартальный план, доложили ученому совету ее структуру. Дело оставалось за малым - синтезировать. Читатель уже знает, что как раз на этом мы безна- дежно застряли. Говорят, что в науке это бывает - в биографиях выдающихся исследователей, не чета мне, таких случаев более чем достаточно. Говорят, что в подобных си- туациях полезно на время отложить работу, отвлечься, чтобы потом взяться за нее со свежими силами и свежими мыслями. Но мне-то дали всего две недели. Я лихорадочно искал выход из этого тупика. И неудивительно, что причуды Пса вылетели у меня из головы, едва я возвратился на работу после обеденного пе- рерыва . Однако вечером Пес вновь мне о них напомнил. Пес встретил меня безрадостно и уныло. С вяло опущенным хвостом он понуро бродил по квартире, отводя в сторону глаза, когда я с ним заговаривал. Он и к приглашению на прогулку отнесся как-то незаинтересованно и безучастно, но ед- ва мы вышли на улицу, сорвался с места и как сумасшедший бросился на пустырь. Он даже забыл, честное слово, забыл поднять лапу у первого куста, а сделать это, поверьте, он не забывал никогда. Стремительно пробежав несколько кругов по пустырю, он вдруг прижался носом к земле, завертелся волчком и внезапно опять сник. Медленно, неуверенно он шел ко мне, чем-то расстроенный, чем-то смущенный. Вы когда-нибудь наблюдали за служебной собакой, когда она теряет след? Только что она мчалась, припав к земле, - напряженный, как стрела, хвост, в глазах восторг преследования. И вдруг - останавливается как вкопанная, так что проводник чуть не летит через нее. Собака недоуменно оглядывается, рыщет, крутится на месте. Теплый, остро пахнущий след, он только что был перед самым носом и - внезапно исчез. Ищейка растеряна, смущена, испуганно, виновато гля- дит на проводника. Точно так же смотрел на меня в эти минуты Пес. И меня осенило. Мой честный, верный, обязательный Пес! Так он же добрые сутки тщился сделать то, что уже несколько месяцев не удавалось мне, сверхэрудированному Игорю Семеновичу, це- лой лаборатории со всем ее научным скарбом - хроматографами и масс-спектро- метрами. Пес преданно и добросовестно выполнял идиотское задание, которое я дал ему, чтобы развлечь своих гостей. Будучи в легком подпитии, я позволил себе дурацкую шутку. А он, бедный, этой шутки не понял, да и не мог понять.
Да как можно было шутить над тем, что для Пса было свято? Вчера вечером у меня собрались гости. Да нет, какие там гости. Просто сразу после работы несколько человек наших решили поехать ко мне. По дороге прихва- тили с собой немного снеди - холодильник у меня всегда полупустой - и пару бутылок. Наташа с Игорем разложили все по тарелкам, я открыл бутылки. Немного выпили. Без особого аппетита закусили. Застольная беседа была вялой и крутилась она, естественно, вокруг проклято- го синтеза. Приглашая к себе ребят, я вовсе не собирался устраивать производ- ственное совещание, но втайне надеялся, что за столом, за разговором может появиться какая-нибудь спасительная идея, ну, не идея, так хоть крохотный огонек, который высветит еще не хоженную нами тропку. Ни идеи, ни огонька, ни тропки. И когда общий разговор окончательно угас, когда мои гости стали соби- раться, выдумщица Наташа подозвала дремавшего в углу Пса. Среди собак, как и среди людей, есть гении, тупицы, посредственности. Но почти каждый, у кого есть собака, твердо убежден, что именно она - самая вы- дающаяся. Что же касается нас с Псом, мы смотрим на вещи трезво. Пес знает мои несовершенства и мирится с ними. Я готов признать, что мой друг отнюдь не собачий гений: он неглуп, но с неба звезд не хватает; он не урод, но и не красавец. Но есть у моего Пса одно незаурядное качество, о котором я готов говорить неустанно, не рискуя показаться смешным. Ибо это качество - идеальный нюх - известно всем и никем не оспаривается. Я бы даже назвал Пса гением нюха. Обу- чаясь в молодости на площадке, он ничем не выделялся среди своих сверстников, а по некоторым дисциплинам, например в задержании, даже отставал. Но когда дело доходило до выборки предмета, мы с Псом торжествовали. Поиски палки были звездными часами Пса. Нет, не часами, конечно, а секундами, потому что выбор- ку он исполнял в считанные мгновения. Служи Пес в милиции или на границе, он, наверное, стал бы известен всей стране. Нам же его уникальный нюх был в общем-то ни к чему. Впрочем, время от времени мы демонстрировали его друзьям и знакомым, как счастливые родители показывают таланты своего вундеркинда. Все участники шоу, кроме Пса, разуме- ется, доставали банкноты одинакового достоинства, скажем, десятки; номера тщательно переписывались. Затем провозглашалось сакраментальное «деньги не пахнут», и Псу давали понюхать одну из десяток. Деньги тасовали, как карточ- ную колоду, или прятали их в разных углах комнаты. Без малейших колебаний, мгновенно Пес находил и приносил мне нужную бумажку. Гости ахали и охали, глаза Пса (и мои тоже) светились гордостью и самодовольством. Так вот, Наташа порылась в сумочке и извлекла оттуда бюкс, в котором на прошлой неделе носила наши образцы аналитикам. Дно бюкса было едва припороше- но остатками злосчастного препарата. Я взял в руки хрупкую стеклянную посу- динку и протянул ее Псу. Тот деликатно понюхал. «Ищи», - прошептал я. Кто-то из ребят невесело засмеялся. В самом деле, хороши были наши дела, если на Пса оставалась последняя надежда. Однако Пес отнесся к заданию вполне серьезно. Он неторопливо обошел комнату и, остановившись у стенного шкафа, негромко подал голос. Я открыл дверцу, Пес аккуратно взял зубами с полки мой лабораторный халат, выстиранный и выглажен- ный, и ткнул его мне в колени. Похоже, что Наташина выдумка немного поправила настроение ребятам. Я посме- ялся вместе с ними и - не могу понять, как - забыл сделать то, что обязан был сделать сразу. Я забыл потрепать курчавый загривок, забыл сказать Псу, что он - молодец, хороший пес - выполнил задание безукоризненно. Выражаясь прото- кольным языком, я забыл закрыть дело. А без этого Пес, понятно, не мог счи- тать свою миссию завершенной. И потому не спал всю следующую ночь и не давал спать мне. И потому искал, бедный, на пустыре то, что я велел ему найти. И
потому, наверное, отчаявшись выполнить невыполнимое, таскал мне наугад пу- зырьки из-под лекарств, тряпку, кости и прочую дрянь. Я присел на корточки около Пса, обнял его лохматую шею и тихо шептал ему на ухо: «Молодец, молодец... Хорошо. Все в порядке... Хорошо». Пес прижимался ко мне, и нам обоим и впрямь в эту минуту было очень хорошо. Но внезапно он вы- рвался из моих рук и сломя голову помчался в сторону леса. И вот я уже добрых пятнадцать минут стою посреди главной аллеи и беспомощ- но , отчаянно высвистываю из темноты своего Пса. Такого никогда не было. Пес всегда бежит ко мне по первому зову, с первого свиста вылетает из кустов и не убегает вновь, не убедившись, что я его вижу. Даже в самые тяжелые для собач- ников дни, когда сук водят на коротком поводке, а кобели, теряя голову, целы- ми компаниями ждут своих дам у подъездов, даже в такие дни Пес сохраняет хладнокровие. Не скажу, что он мало интересуется противоположным полом. Но для него неясный след прекрасной незнакомки куда притягательнее ее самой во плоти. Пес - романтик в любви. Я, кстати, тоже. Наверное, поэтому в нашей квартире до сих пор нет хозяйки. Губы у меня распухли от свиста. Свистеть я уже не могу и издаю какое-то змеиное шипение. Но продолжаю звать Пса. У меня на душе тревожно. И бьющийся в клетке деревьев ветер еще усиливает тревогу. Мне мерещатся дружинники, ко- торые изловили бегающего без поводка Пса и волокут его в милицию. Мне мере- щится мой бедный Пес на дороге - он мечется в ослепляющих лучах фар между ма- шинами, которые, не сбавляя скорости, несутся по проспекту. И я свищу, свищу, а с губ срывается едва слышное шипение. Я беспомощен, как в ночном кошмаре. Это кончилось внезапно, как обрывается ночной кошмар. Где-то рядом хрустну- ла ветка, зашуршали кусты, будто медведь продирался сквозь чащобу, и на до- рожке показался темный силуэт крупного зверя. Пес мчался прямо на меня, све- тя, словно фонарями, зелеными ночными глазами. Все сердитые и горькие слова, которые я для него заготовил, вылетели из головы. Зверь налетел, уперся пе- редними лапами в телогрейку и сразу отскочил в сторону. «Где тебя носило, черт бородатый?» - заорал я, перекрикивая ветер. Но Пес меня не слушал. Он отбегал в сторону и возвращался - он звал меня за собой. Я понял, что это важно для нас обоих и послушно двинулся за ним прямо через кустарник. Ветви хлестали меня по лицу, но я даже не отводил их, чтобы не сбавлять шаг, чтобы не отстать. Я лишь придерживал спадающие с носа очки. Пес вывел меня на опушку, пробежал несколько шагов и звонко залаял. Я при- близился. Передо мной была детская песочница, огороженная низким деревянным барьером. На сыром слежавшемся песке угадывались почти неразличимые в темноте предметы. Я недоуменно уставился на Пса. Не переставая лаять и весело повиз- гивать , Пес наскакивал на песочницу. Сомнений не было: он привел меня сюда, чтоб показать нечто. Я достал из кармана телогрейки коробок и чиркнул спич- кой. Огонек высветил странный набор уже знакомых мне предметов. Спичка догорала, обжигая пальцы, но я успел заметить и аптечный пузырек, и куриную кость, и кусок автопокрышки, и тряпку. Там были еще какие-то листья, обломки веток, куски коры. Я снова засветил огонек, поднял склянку и прочитал сигнатуру. Но тут налетел порыв ветра и задул спичку. Я знал - не могу понять, отчего, - что в выложенном Псом натюрморте есть какая-то символика, какой-то определенный смысл. Мне нужно было как следует рассмотреть эту композицию, это упорно сооружаемое произведение собачьего поп-арта. Вспоминая тот вечер сегодня, я со страхом думаю, что мог просто от- махнуться от чудачеств моего славного Пса, раскидать с таким трудом собранные веточки, тряпочки и косточки. Не знаю, как сложилась бы тогда моя жизнь, а главное, наши отношения с Псом. Я собрал немного хворосту, переложил его обрывками газет и разжег в песоч-
нице костерок, что, кстати, строго-настрого запрещено в нашем лесу. Теперь можно было не торопясь рассмотреть Псовую добычу. В композиции определенно просматривался какой-то непонятный мне порядок. Ее центром, ее осью безуслов- но служила кость с двумя кусочками резины по краям - наподобие гантели. С од- ной стороны от этой оси лучами отходили ветки крушины, орнаментованные крас- ными листьями осины и боярышника. А с другой стороны - чуть поодаль, но явно на своем месте - лежал пузырек. И еще я увидел засохшие плоды шиповника, и огарок стеариновой свечи, и кусок медной проволоки... Люди глотают книги, не задумываясь над символикой букв и иероглифов. В ти- шине музыканты читают ноты и слышат никогда не звучавшую прежде музыку. Мы, химики, за плоскими абстракциями структурных формул всеми органами чувств воспринимаем мир веществ, с их запахами, способностью реагировать друг с дру- гом, со всеми их удивительными свойствами. Я увидел и прочел... Не стану утомлять вас чисто профессиональными подробностями: что прочитал я в сочетании куриной кости с ветками крушины и как мне удалось это сделать. Да и сам я, пожалуй, не смогу внятно объяснить, что послужило ключом к шифру. Может быть, число веточек - пять! - сколько ветвей-радикалов в молекуле наше- го снадобья. Может быть, тупой угол их наклона к куриной кости - как извест- но, по Цирлиху, должно быть что-то около ста десяти градусов. А может быть, красные осенние листья, которые содержат набор веществ, необходимый для полу- чения нужной конформации. А может... Какого черта! Все может быть... Мне ничего не надо было записывать. Я видел весь синтез от начала до конца, все его семнадцать стадий одну за другой, все гидрирования, алкилирования, выпаривания, промывки, перекристаллизации и отгонки. Я видел и конечный про- дукт - сухой белый порошок, расфасованный в картонные коробочки. А Пес, вывалив язык, шумно и часто дыша, сидел рядом с песочницей и озорно улыбался. Две недели мы не выходили из лаборатории. Пес жил тут же. Спали на полу, завернувшись в противопожарные одеяла. Игорь Семенович, всклокоченный, небри- тый, по двадцать часов кряду манипулировал в вытяжном шкафу, не замечая даже Наташи. А она носила ему бутерброды. Пес три раза в день гулял сам в скверике возле института. Точно в срок я положил на директорский стол отчет - перепечатанный и пере- плетенный . На твердых корочках было аккуратно выведено: «Синтез ПСА». Акаде- мик подписал отчет без единого замечания. Он лишь зачеркнул карандашом назва- ние препарата, пояснив, что пентасакратамидарил - это не совсем строго, что назвать препарат следует в точном соответствии с международной номенклатурой подобных соединений. Я вернулся в лабораторию и стер ластиком единственную начальственную поправку. Я уже дважды побывал в зарубежных поездках - по поводу патентования нашего препарата. Ездили мы с Игорем, и он носился по магазинам, выполняя замыслова- тые поручения своей Наташи. Я же привез из дальних странствий удивительной красоты ошейник и несколько банок собачьих галет, кокетливо оформленных под косточки. Я пробовал их с чаем - довольно вкусно. Пес тоже попробовал, вежли- во поблагодарил хвостом, но особого энтузиазма не проявил. Должно быть, он просто не уловил, что его потчевали иноземным яством. И мы, надев новый ошей- ник и раскурив трубку, пошли гулять. Как помните, мы оба большие и с виду довольно страшные. Потому, стало быть, нам и задают все тот же неумный вопрос: - У вас мальчик или девочка? - Не видите, что ли? Кобель, - бросаю я на ходу. И мы идем себе своей доро- гой.
ЕСЛИ ЗАПЛЫТЬ ПОД ПЛОТИНУ Александр Морозов Итак, все позади. Не только мучительное напряжение и нервы, и борьба с ус- талостью, и кофе в третьем часу ночи, и осточертевшая правка и перепечатыва- ние в который раз одного и того же. Не только эти, ставшие вдруг мелкими не- приятности, но и все, что свалилось на него потом: поздравления, вручение си- ней с золотым тиснением папки, банкет, звонки по телефону, восторги родствен- ников и добрых знакомых, и опять поздравления, поздравления, поздравления... Отныне он - доктор таких-то наук. «Доктор наук С. Кирпичников». Свершилось. Ну и - как сказал поэт - с богом, и с богом, и хватит об этом. Час назад Семен проснулся в своей квартире на Ломоносовском проспекте и не сразу понял, почему ему так хорошо. Затем дошло: все, кончилась карусель, весь научно-административный политес выполнен; можно вернуться к нормальной человеческой жизни - к работе. Он встал, не спеша оделся и вышел из дома. И пока он все это проделывал, он прислушивался к себе, как шофер к работе двигателя. К движениям тела, к рабо- те мозга. Он остался доволен. Все в порядке. Неизбежные возлияния, имевшие место за последнее время, казались мимолетным сном. Он бодро шагал по тротуа- ру , и вдруг, ни с того ни с сего, всплыло воспоминание. Это было то самое воспоминание, которое посетило его полгода назад, когда он подбирался к главному результату. К тому, который послужил непосредствен- ным поводом для всех вышеупомянутых утомительных событий. Требовалось найти необходимые и достаточные условия градуирования пучка ло- кально-компактных пространств. Кирпичников давно уже топтался вокруг этой за- дачи, понемногу вытаскивая ее на поверхность из смутных глубин предположений, домыслов и догадок. Теорема сопротивлялась, как большая рыба, готовая в любой миг, вильнув, уйти в глубину. Кирпичников был терпелив. Осторожно, настойчиво сматывал леску логических возможностей. Да, он проявил незаурядную выдержку. Но настало время, когда он понял, что воистину топчется на одном месте. Это не было минутной паникой по- сле очередной неудачи. Просто однажды ночью кольнуло сердце и с необыкновен- ной силой ожило ощущение, испытанное когда-то в детстве.
э Семен Кирпичников вырос в деревне, что стояла на берегу неширокой русской речки Истры. Надо ли говорить, что ребята знали реку по меньшей мере на де- сять верст вверх и вниз как свои пять пальцев. Знали и помнили не только каж- дый куст на берегу, но и каждый камень или колдобину на дне. Было, правда, одно место, которого побаивались даже они, худые послевоенные дети, с коричневыми от солнца, острыми, как торпеда, телами. Неподалеку от деревеньки, если идти вверх по течению, находилась плотина из камней, песка и обломков строительных плит, невесть откуда взявшихся в их глуши. Образовалась запруда - излюбленное место купания и рыбной ловли. А по ту сторону запруды, там, куда Истра падала с плотины негромким урчащим водо- падом, и было то место, о котором спустя столько лет вспоминал Семен. Если, держась ближе к левому берегу, плыть к плотине и, не доходя пяти-шести метров до водопада, нырнуть и продвигаться дальше - вглубь и влево, то вдруг ощу- тишь, что вода резко похолодала и ее могучие, как бы спиральные струи неодо- лимо тянут тебя в каком-то неведомом направлении. Никто не знал, откуда берется столь мощное течение и куда исчезает вся эта масса воды. Инстинкт самосохранения подсказывал, что лучше в последний момент вынырнуть на поверхность. Смельчаки старались как можно дольше проплыть под водой. Но всякий раз, когда холодная, тугая струя подхватывала тело Семена, сердце сжималось от страха и против воли он выскакивал на поверхность. Был какой-то барьер, не пускавший вперед, и вот теперь, когда детство, и родная деревня, и сверкающая на солнце река ушли в далекое прошлое и будущий доктор наук С. Кирпичников сражался в одиночестве со своей теоремой, в ту ми- нуту, когда он увидел, осознал, что все силы его, вся его воля и знание ис- черпаны и он не может сдвинуться с мертвой точки, - забытое ощущение барьера и некой опасности, скрытой за ним, воскресло в его душе и стало ясно, что от недоделанного дела никуда не уйти. Чтобы решить задачу, надо было преодолеть барьер недоверия к себе, барьер тревоги и неизвестности - и плыть дальше. Он сделал это, и нашел необходимые и достаточные условия градуирования, и решил задачу... Вот что он сделал тогда. ЕЗ Кирпичников принял неожиданное решение. Не тратя времени, он сложил в портфель необходимые вещи, доехал на автобусе по Волоколамскому шоссе до Нового Иерусалима и оттуда на попутной машине доб- рался до родных мест. Вечерело, стояла хмурая, неуютная погода, и никто в деревне не обратил вни- мания на городского человека, быстро шагавшего от сельмага, возле которого остановилась машина, по тропке через зеленый луг, отлого спускавшийся к реке. Кирпичников дошел до нужного места, - здесь ничего не переменилось, - раз- делся , и ему стало не по себе. Он стоял в одних плавках, дрожа от холода и беспомощно озираясь. На темной воде качались первые опавшие листья - утлые желтые кораблики, над рекой стоял призрачный белесый пар. Семен осторожно, без всплесков вошел в воду, окунулся и поплыл. Он помнил, где надо было нырять, и, набрав в легкие воздуха, ринулся в глубину. Тотчас он почувствовал, как холодное течение подхватило его и понесло во тьму... Теперь было важно проплыть под водой как можно дальше, преодолеть искушение вынырнуть, надо было продержаться до тех пор, пока он не почувствует, что барьер прорван, - а там будь что будет!
Он проплыл уже метров десять, и его не стукнуло о плотину, холодные воды по-прежнему несли его, и чувство страха исчезло - как вдруг он почувствовал, что воздух в легких на исходе. Его несло, почти тащило через какое-то узкое место, он глотал воду, он был почти уже мертв. Течение несколько раз перевернуло его и наконец вынесло в спокойные воды. Под ним было твердое дно. Путешествие окончилось. Когда он поднялся на ноги, оказалось, что вода едва доходит ему до пояса. Он огляделся, но ничего не смог различить. Он медленно двинулся вброд, пытаясь угадать сквозь текучие пелены тумана, куда его вынес поток. Туман редел, и, выходя из воды, Кирпичников не верил своим глазам. Не было больше реки, и не было никакой деревни: он находился в той же университетской аудитории, где сегодня утром ему пришла в голову мысль съездить на Истру. «Надо же, померещится такое. Пожалуй, в самом деле надо отдохнуть», - поду- мал Семен, потирая лоб. Он провел рукой по волосам - они были влажные. Он шагнул к выходу и почувствовал, что его что-то стесняет. Под коричневыми тви- довыми брюками, которые он надел, выходя утром из дому, плавки у него были тоже влажные. □ Он стоит в пустой, прохладной аудитории физического факультета: никого нет. Он пришел слишком рано. Он стоит и вспоминает. Глубинное течение не зря пугало мальчишек. Тайный поток уносил прочь ребен- ка и выносил наружу зрелого человека. Теперь-то он знал, что одолевать чувство, заставлявшее его вынырнуть, от- ступив перед барьером, ему придется еще не раз. Ну что ж! Он мужчина. Он уче- ный. Таков его жребий.
КОНТАКТ В. Полищук Утренняя дорога состояла из девяти пролетов по десять ступенек каждый, а потом из трехсот сорока двух шагов до станции метро. Лукомскии прошагал сто шестьдесят восемь, когда его остановил осипший голос: - Здравствуйте, Валерий Лукьяныч. Сбившись со счета, он затормозил на гололеде и ответил раздраженно: - Здравствуй, мальчик. Существо в детской шапке, в громадных ботинках на тощих ногах зябко поежи- лось и просипело: - Вы меня, наверное, не узнаете. А я Сережа. Из Липецка. На минуту умолкло, нервно проглотило слюну и напомнило: - Я ваш сын. И только после этого Лукомскии не без ужаса вычислил, что уже тридцатое, начинаются новогодние каникулы. А бывшая жена, верно, неделю назад заявила по телефону, что пришлет увязшего в двойках сына для перевоспитания и на поправ- ку. Лукомскому припомнились виденные по телевизору мужественные отцы, и он заговорил бархатным баритоном: - Рад тебя видеть. Ужасно спешу. Вот тебе ключ - моя квартира триста восем- надцать . Поешь чего-нибудь из холодильника. Я, дружок, буду к вечеру. Он не насчитал и дюжины шагов по скользкому тротуару, а было ему уже не по себе из-за этого телевизионного баритона, из-за собачьего словечка «дружок». В таком непривычном состоянии Лукомскии расслабился, упустил момент и, садясь в поезд, не сумел захватить свое обычное укромное место в закутке около две- ри. И на работу приехал растерзанный. - Ну, а твоя позиция какова? Ты в квадратичную теорию веришь? - Этого сле- довало ожидать. Как с утра не заладится, так весь день к черту. Лукомскии лю- бил заранее составить расписание рабочего дня и чувствовал себя здоровым,
только если события развивались в точности по намеченному сценарию. Сегодняш- ний план предназначал часы до обеда для работы над формулой, задуманной еще на прошлой неделе. Но в дверях института его перехватил кипящий страстью кол- лега по теоротделу Плашкин. А Плашкин - это надолго. Истина, известная любо- му, кто проработал в Институте межпланетных связей хотя бы три дня. - Дело не только в теории, - продолжал между тем нашептывать Плашкин, - Фи- лимонов решил его свалить. Но совет что скажет? Потому я и спрашиваю - какова твоя позиция? Когда большие силы упрутся друг в друга, все может зависеть от малых, даже от нас с тобой. Бурцева в самом деле пора валить. У нас в местко- ме все так считают. Квадратичная устарела. С другой стороны, Филимонов может и не одолеть... Лукомский перестал его слушать и с тоской задумался о том, что придется махнуть рукой на усталость - заняться хлопотами об отдельной лаборатории. Ему казалось: чем важнее должность, тем укромнее живется, тем меньше людей имеет дерзость покушаться на задуманный тобою распорядок дня. О, будь он начальни- ком лаборатории, разве посмел бы Плашкин изводить его своей болтовней? А если бы и посмел, то как легко было бы, бросив на бегу - извини, у меня совеща- ние , - скрыться в свой кабинет. Квадратичной называли теорию, согласно которой вероятность встретить в кос- мосе обитаемые миры зависит от плотности звездного вещества в галактике, от ее формы и возраста. Выражалось все это лаконичной, изящной математической формулой. Директор института профессор Бурцев придумал ее тридцать с лишним лет назад, добился, чтобы выстроили это громадное, вызывающее у всех зависть здание, - и вот теперь, как говаривал в кругу единомышленников его замести- тель Филимонов, приближался час расплаты. Радиотелескопы прощупали все, что сияло, светило или мерцало на расстоянии тысяч и миллионов световых лет в участках Вселенной, выбранных согласно формуле Бурцева, но сигналов разумных существ так и не уловили. И на хитро задуманные шифровки, которые все эти го- ды посылали с Земли и со спутников, ответа не было. Филимонов торжествовал и готовился к решительным административным боям, держа наготове бухгалтерские выкладки о суммах, затраченных на проверку вздорной директорской теории. Под стрекотню Плашкина Лукомский припомнил командирский бас замдиректора, перепуганную его секретаршу, экстренно искавшую в библиотеке «какую-нибудь латинскую цитату» для шефа, который трудился над письмом заграничному колле- ге, - и на минуту ему стало бессмысленно, иррационально жаль старого директо- ра. Пусть он уже не боец и восемь лет не может раздобыть для института ни од- ной ставки. Пусть даже его теория устарела. Всплыла в памяти фраза из давнего газетного очерка: «Разговаривая с профессором Бурцевым, невольно вспоминаешь, что во времена его юности наука была занятием людей интеллигентных». Отделаться от коллеги и запереться в кабинете удалось только через час. И ровно на час Лукомский решил отодвинуть плановое время обеда. Ничто не может устоять перед мощью аналитического разума, - размышлял он, настраиваясь на работу. Талантлив не тот, у кого большие ресурсы мозга - их хватает у всякого. В битве умов побеждает умеющий сфокусировать на поставлен- ной задаче все, решительно все резервы своего мыслительного аппарата. Он ис- тово в это верил, полагая, будто умеет сосредоточиться в любую секунду, - лишь бы не трезвонил телефон, лишь бы не торчал над душой Плашкин. Задуманная Лукомским формула должна была установить связь между уровнем развития цивилизации и возможностями доступных ей средств связи. Лукомского нисколько не занимал вопрос, как выглядят предполагаемые инопланетяне, чем они питаются, как думают и о чем. Гораздо важнее для него были рабочие часто- ты передатчиков, первичная информация, которую хозяевам этих передатчиков вздумается бросить в эфир, принципы кодирования и прочие далекие от сентимен- тальности деловые подробности. И кто знает, может быть, его пришпоренный ра-
зум в самом деле породил бы в тот день замечательную многоэтажную формулу, но как назло зазвонил телефон. Лукомский яростно схватил трубку и снова, в который уже раз, услышал раз- дражающий, надтреснутый - то ли стариковский, то ли детский голос, который звонил ему в самое неподходящее время, изводя непонятными, бессмысленными во- просами. На этот раз Лукомского угостили следующим текстом, произнесенным без единой паузы: пахнёт клеем и тленом пахнёт скипидаром живописец уже натянул полотно кем ты станешь натурщик не все ли равно если ты неживой и работаешь даром. - Что означают данные слова, - мерно отчеканил надтреснутый голос, не удо- сужившийся и эту фразу увенчать вопросительной интонацией. Лукомский, никогда не читавший стихов, швырнул трубку. День пропал, формула была убита. По дороге домой он подсчитывал, делятся ли на три номера встречных машин, какова вероятность их столкновения в метель и сколько груза они могут разом взять на борт - бездумно выполнял свои привычные упражнения, помогавшие дер- жать мозг в рабочей форме. О том, что у него есть сын, он снова забыл. - А по голове бить не будете? - это был первый вопрос, с которым Сережа уселся за занятия. Он смотрел на отца, вытянув шею, - и Лукомский понял, что это лицо он видел, должен был видеть давным-давно. - Мама всегда обещает, что не будет. Но у меня замедленная реакция, и со мной трудно. Я порчу ей жизнь, - продолжал мальчик серьезным осипшим голосом, а отец тем временем вспомнил. И это лицо, с веснушками на носу и под широко раскрытыми невеселыми глазами. И худую длинную шею с кадыком... Все это он ви- дел в глубине колодца, двадцатиметровой бетонной трубы, врытой стоймя в сухую, душную степь. Вспомнил: это он сам, вытянув шею, заглядывал в прохлад- ную трубу, как в телескоп, и мечтал переселиться на другой ее конец. Теперь он смотрел с того, другого конца... - Не буду, дружок, не буду, - успокоил он сына баритоном, а про себя решил задавать только самые простые задачки. Тревожили Лукомского не столько занятия с этим двоечником, сколько то, что дело было в среду - могла приехать Электрина. А что она скажет, увидев маль- чишку , одному богу известно. Не прошло и часа - а Лукомский уже кричал на Сережу, который так и не спра- вился с задачей о двух плывущих навстречу друг другу лодках. Крик, сбивчивый и неумелый, услышала Электрина, бесшумно отворившая дверь своим ключом, - и забеспокоилась, потому что в этот час Лукомскому полагалось расслабляться, читать необременительный детектив или смотреть телевизор. Опытный человек, едва заслышав имя Электрина, Пашня или Новелла, определит возраст и внешность носительницы любого из них без ошибки. Скорее всего Элек- трина или Новелла окажется усталой, полнеющей женщиной за сорок, которой уди- вительно плохо подходит ее звонкая кличка. Электрина Ивановна Ступина, преподаватель математической логики, не выделя- лась в тусклой толпе увешанных сумками с провизией дам, заполнявших с пяти до семи вечера магазины и автобусы так густо, что Лукомский всерьез верил, будто они составляют подавляющее большинство населения. Он почитал эту неяркость важным достоинством, позволявшим ему и внутренний мир подруги зачислять в разряд таких же стандартных изделий, как ее фигура. И не тратить сил на эмо- ции. Ему сходило с рук даже это. Электрина Ивановна умела прощать. Лукомский смутился, когда его застали орущим на сына, который почему-то ни- как не мог запомнить, с какой скоростью течет река. А гостья, не говоря ни
слова, подбежала к мальчику и обняла его, заслонила собой голову, которую Се- режа уже привычно прикрывал руками. - Пошел вон, - вот и все, что она сказала пораженному Лукомскому. - Это же не имеет никакого значения! - услышал он уже на кухне. Потом голо- са притихли, а когда их все же удалось расслышать, она уже называла мальчишку безобразным, сентиментальным именем «Сережик», а тот величал ее Риной. Не Электриной Ивановной, не тетей Электриной, на худой конец, а вот так, фамиль- ярно . И только тут до Лукомского дошло, о чем сын испуганно лепетал весь час: минуты и секунды, нужные этим идиотским лодкам, чтобы доплыть до места встре- чи, нисколько не зависят от скорости течения. Лукомский шепотом обругал бестолковых составителей задачника и ушел смот- реть телевизор. Был он встревожен тем, что теперь предстояло восстанавливать привычные, разумно упорядоченные отношения с Электриной. А как это делают, было ему неведомо. Директор института Николай Платонович Бурцев только на старости лет обза- велся домашним кабинетом. Когда-то в этой пыльной, заваленной журналами ком- нате спали, готовили уроки, дрались и мирились его сыновья, потом - внук и две внучки. А он свои книги и статьи сочинял, либо приткнувшись на кухне, ли- бо сидя на кровати и положив на колено картонную папку. Теперь все молодые разъехались. Профессор же остался в кабинете, да и во всех прочих помещениях небольшой квартиры один: Капитолина Егоровна, его жена, три года назад умер- ла. В тот самый вечер, когда Лукомский пытался учить сына математике, Николай Платонович обнаружил, что не может подняться с кресла. Непривычное бессилие навалилось внезапно, после обычной порции работы над очередной рукописью. Припомнились профессору строки из «Илиады». Он сознавал, что с помощью расплывчатых, неконкретных терминов поэты порой выуживают суть вещей успешнее, чем создатели безукоризненных уравнений. Может быть, лирики и контакт с инопланетянами наладили бы вернее, чем физики да ра- диотехники? Пошутив так сам с собой, Николай Платонович вдруг подумал: а с чего это мы взяли, что инопланетяне тоже спят и видят этот самый контакт? И серьезные, невеселые мысли посетили его. Что испокон века делал человек, столкнувшись с непонятным, чуждым, загадоч- ным - все равно, будь оно живым или мертвым? Почтительно, осторожно изучал? Берёг и лелеял? Как бы не так. Прежде всего - ломал. Грубо, топором или взрывчаткой. Умненько, скальпелем или лучом лазера - но обязательно ломал. А уж потом, расчленив, умертвив, исследовал, анализировал. С чего частенько начинались контакты между далекими, прежде не знавшими друг друга земными цивилизациями? С агрессии, с истребления. Агрессия порой заменяла понимание, позволяла с ходу разрубать разные там гордиевы узлы. Но теперь-то известно: после каждого головокружительного успеха потомкам прихо- дилось веками платить по векселям удачливых победителей. А если вообразить, что где-то существует цивилизация, для которой все живое бесценно; цивилизация, абсолютно не воинственная и не способная сопротивлять- ся напору варваров, не дорожащих своей жизнью... Да разве не сделает такая ци- вилизация все возможное, чтобы не связываться с окаянной публикой, от которой можно ждать чего угодно? Не в этом ли причина молчания, которым космос встречает все наши сигналы? И вот, задав себе такой вопрос, Николай Платонович почувствовал, что не мо- жет подняться с кресла. Дотянулся до телефона, попытался позвонить старинному университетскому то- варищу-врачу, но внезапно телефон затрещал под его рукой сам. - Ваши биотоки шокируют, - произнес металлический голос, поразивший его не-
уклюжим обхождением со словами. - Сейчас уснете. Потом помогут. Послышались короткие гудки, и Николай Платонович тут же ощутил, как отсту- пает многолетняя бессоница, а голова клонится набок. ... Никогда еще он не просыпался так поздно. Никогда еще не бывало, чтобы профессор Бурцев не помнил, как он очутился в своей постели. Поднялся он с давно позабытой легкостью и поразился запаху, стоявшему в комнате. Пахло гор- чицей и почему-то лавандовым мылом, тем самым, которым он умывался пятьдесят три года назад, в первое утро после свадьбы. Своих сновидений профессор, как всегда, припомнить не мог. И снова звонил надоедливый - то ли детский, то ли стариковский голос. Моно- тонно, без интонаций, спросил, не считает ли Лукомский величайшим воином всех времен Хрольва Пешехода. Лукомский, отродясь не слыхавший ни о каком Хрольве, пригрозил милицией и бросил трубку. Болела голова, работать не хотелось. Признаки плохой формы появились еще по дороге к метро: считая шаги, он два раза сбивался. Хотя, по логике событий, форма могла быть нормальной. Вчераш- ние опасения оказались напрасными. Электрина хотя и очень поздно, но все же пришла в его комнату. Сцен не устраивала (а он этого смертельно боялся). И только невзначай доложила: - Он уснул. А потом вдруг спросила: - И зачем ты развелся? Ответить Лукомский не смог: наступил момент, когда он согласно расписанию впадал в сон, - двадцать три часа двадцать минут. Провалившись в привычный колодец сна, он то ли услышал, то ли вообразил затихающий женский голос: - Поразительные способности... За час - интегральное исчисление. А теорему Гёделя он уже зна... Лукомскому привиделось, будто он, беспрекословно подчиняясь командам метал- лического голоса, осторожно, любовно помогает никудышнему своему директору встать с кресла, укладывает его в постель. А потом выполняет действия, каких наяву не проделывал ни разу в жизни: прилепляет к директорским пяткам горчич- ники, подносит таблетки и питье, умоляет успокоиться и уснуть. Директор же, размякнув до неприличия, уговаривает его не тратить время, а немедленно бе- жать к ребенку, который, мол, его, Лукомского, ждет не дождется. А потом буд- то бы топает он домой по раскисшему снегу, и кто-то, сжалившись, подвозит его на машине, зачем-то снабженной ракетным двигателем. Еще не избавившись от видений, Лукомский с несвойственной ему осторожно- стью, стараясь не разбудить Электрину, в полной тьме пробрался в соседнюю комнату и было успокоился, увидев, что Сережа мирно спит, а во сне шевелит руками, собираясь лететь. Но тут он обнаружил у себя на ногах грязные вален- ки, а в левой руке горчичник, лишился сна и остаток ночи просидел на кухне, изнуряя мозг бессмысленными гипотезами. После такой ночи, да еще и очередного дурацкого звонка, о работе над формулой не могло быть речи. Поэтому Лукомский даже не рассердился, когда телефон зазвонил снова. Он узнал голос Электрины: - Ты не возражаешь? Сейчас Сережа придет. Его очень интересует Институт. Он гордится тобой, - добавила женщина и внезапно повторила вчерашний бестактный вопрос: - На кой черт ты развелся? - Я, Валерий Лукьяныч, читал вашу последнюю статью в «Космическом вестни- ке», - услышал Лукомский, когда после перепалки с вахтером ему удалось-таки провести сына в свой кабинет. Тут же он узнал, что Сереже знакомы и все пре- дыдущие его статьи (где только мальчишка раздобыл эти редкие академические журналы!), и даже дискуссия насчет квадратичной теории известна сыну на-
сквозь. - Так почему же ты на двойках сидишь? - вырвалось у отца. - У меня, понимаете ли, замедленная реакция. А Елизавета Дмитриевна, наш классный руководитель, обладает холерическим темпераментом и часто задает пе- реписывать отрывки из книг1. Я же органически не способен переписывать дослов- но - всякий текст нуждается в редактировании... Лукомский смотрел на него ошалело. - Я считаю, - продолжал между тем мальчик, - что интеллект развивается в качестве приспособительного механизма у детей с замедленной реакцией. Взять, например, Кольку Королева из нашего двора - ему ничего такого не нужно. Все схватывает на лету, повторяет мгновенно и в точности. Координация движений невероятная. - А ты пробовал хоть раз поговорить с учительницей или с матерью? - перебил его Лукомский. - Они бы, может быть, поняли, что ты не дурачок. - Елизавета Дмитриевна не выносит болтунов. Она разговаривает только с ро- дителями. А маме некогда. У нее работа и личная жизнь неустроенная. В это время снова зазвонил телефон, и Сережа, внезапно утратив важный вид, попросил: - А можно я трубку подниму? - Ради бога, - разрешил Лукомский. - Все равно мне на совет пора. В Убежище Связи, упрятанном в недрах Оранжевой пустыни, затарахтело печа- тающее устройство. Неуклюжая акустическая система пустилась спешно записывать звонкий мальчишеский голос: - Объем памяти у вас, видимо, огромный. Поэтому я надеюсь, что хоть вы и машина, но роль интонации оценить сможете. В человеческих языках, а особенно в нашем, русском, очень много информации содержится не в самих словах, а в паузах между ними, в междометиях, в артикуляции. Вам понятны мои термины? Механический надтреснутый голос - то ли стариковский, то ли детский - отве- чал: - Понятны. - Особое значение имеют словечки, которые, можно сказать, играют роль феро- монов. Вы знаете - муравьи выделяют такие сигнальные вещества, чтобы общаться с особями своего вида. Так вот, в языке тоже встречаются этакие словесные фе- ромоны, употребляя которые, человек как бы сигналит: я - свой, я - свой. Не- редко их роль выполняют словечки, которые постороннему могут показаться гру- боватыми . Они не всегда применяются с целью нанести оскорбление. Например, то выражение, о котором вы спрашивали, - черт побери - может иметь тысячи смы- слов . Все зависит от контекста и сообщества, в которое входят собеседники. Чаще всего это просто феромон. Поэтому-то я и понял, что вы машина. Человек никогда не задаст такого вопроса... Машина подключилась было, чтобы задать новый вопрос, но ее внимание отвлек- ло второе печатающее устройство, забарабанившее так, что первое заглохло. В убежище послышался другой голос. Негромкий, но очень внятный голос многоопыт- ного лектора: - Демографы предсказывают: к концу будущего столетия численность людей ста- нет хоть и огромной, но постоянной. Можно надеяться, что после этого посте- пенно придут к равновесию и болезненные процессы, сотрясающие нашу планету. Не следует думать, что тогда наступит царство роскоши... - Алло, алло, вас не слышно, - надрывался между тем мальчишеский голос. - Возможно, уйдет в прошлое и такая форма расточительства, как человеческая гениальность. Нам нет смысла размышлять о подробностях грядущего, очень про- заического быта. Однако пришло время понять: контакт между цивилизациями - это не просто инженерная задача. Достижения нашей культуры не скудны - но
многие ли из нас, так называемых технарей, имеют о них адекватное представле- ние? - Я слушаю вас, - обратилась наконец к мальчику машина, успевшая уже обза- вестись любезной интонацией. - Да у меня, собственно, все. А можно узнать, как это делается, что вы зво- ните прямо сюда по телефону? Может быть, дадите ваши координаты? Машина испуганно заскрипела и, прикинувшись согласно программе непонятли- вой , спросила, когда можно будет позвонить ученейшему собеседнику повторно. - Эти вопросы трудны, и по-видимому, прав товарищ Филимонов - я уже стар для того, чтобы решить их все разом. Единственно честный для меня выход - по- дать в отставку. С этим я, профессор Бурцев, и обращаюсь к Совету - с прось- бой об отста... - трудолюбиво фиксировало второе устройство. - Здесь вы меня уже не застанете, - кричал мальчик, - следующий раз звоните мне... На лиловом экране загорелась карта, и сияющая точка побежала по ней в сто- рону города Липецка. Потом координаты и номер телефона ушли в хранилище памя- ти - туда же, где сберегались все сведения, переданные из Института за десят- ки лет безуспешных поисков контакта или выуженные машиной при подключениях к земной радиотелефонной сети. Центр работал автоматически - в Оранжевую пустыню вход живым воспрещался. Кто знает, что прилетит по Лучу Связи, замаскированному под вспышки пульсара: дружеский привет или ракета с полновесным ядерным зарядом? Запрет установили, когда машина извлекла из хаоса сигналов квадратичную формулу Бурцева. Только после этого землеведам с планеты Куфи-Ку стало ясно, почему инсти- тутские радиотелескопы так безошибочно находят обитаемые миры. Формулу знали во всех этих мирах, ее всегда тыкали в нос тем, кто не хотел верить в колос- сальные, непредсказуемые возможности умов, порой возникающих в недрах прими- тивно организованных, бурно размножающихся и воинственных популяций. И в смертельную угрозу того, что кто-то могущественный заставит эти умы изобре- тать средства истребления. Охраной здоровья профессора Бурцева ведала особая межпланетная комиссия, опекавшая, кроме него, четверых ничем на земле не прославленных субъектов. Теперь по каналу связи, соединявшему Убежище с резиденцией комиссии, побежала просьба взять под надзор сохранность еще одной выдающейся особи, жителя Ли- пецка, - первого уроженца Земли, интеллект которого оказался достаточным для прямого диалога с Машиной Связи. Вот какое замечательное событие произошло как раз тогда, когда стрелки зем- ных часов приближались к единственному в году моменту, в который жители этой планеты забывают взаимные обиды и, радуя друг друга, творят всевозможные чу- деса. - А из него выйдет человек, не мотылек какой-нибудь, - сказала Электрина, когда липецкий поезд, увозивший Сережу, отошел от заледеневшего перрона. - Мотыльки - это кто? - поинтересовался Лукомский. - Да все вы, ученые мужики... Так с пеленок и нацелены. Инженер с дипломом - личинка, кандидат наук - куколка, доктор значит, уже с крылышками. А что не из книжек - я не компетентен, не мешайте работать... Что тут возразишь? Валерий Лукьянович сумел, наконец, посмотреть на нее глазами, не замутненными математикой, - и увидел: это стандартная женщина, пожалуй, понимает что-то, недоступное ему, знаменитому теоретику.
Разное 1 "4fc 1 ^-~~^^^ у V l ^№-Ша\С 1 Xv ^^'^^н&^^^ t^^Zm^1 1 1 >|^-Se>i^*V^^ ;V / 1 \ Г^ П Y'liir '*/ 1 \ ^|/^ ^ii 1 4a$$hi& ^Шшу?у~/ \ ^vKwlf^ 1 ^азг i ^\ СЧ^ v^sJyy^^/^^C 1 f|EPw 1 «1 ЛЕКАРСТВЕННЫЕ РАСТЕНИЯ (продолжение) Лабазник шестилепестныи Таволга обыкновенная, или Лабазник обыкновенный, или Лабазник шестилепест- ковый (лат. Filipendula vulgaris) — растение семейства Розовые (Rosaceae), типовой вид рода Лабазник, или Таволга (Filipendula). Растение также известно под названием Земляные орешки. Ареал — Европа (кроме арктических и южных районов), Турция, Сирия, Марокко. На территории России произрастает на Урале, Алтае, Дальнем Востоке, Камчатке, Сахалине, в центральных и южных районах европейской части. Растёт на недостаточно увлажнённых почвах — на лугах, лесных опушках, поля- нах, степных склонах. Многолетнее растение. Корневище с клубневидными утолщениями («орешками») на корнях. Стебель прямой, тонкий, высотой 80 см. Листья в прикорневой розетке, перистые. Цветки мелкие, белые или беловатые, шестилепестные. Соцветия многоцветко- вые , щитковидно-метельчатые. Плоды — опушённые листовки. Цветёт в июне — июле. Плоды созревают в июле — августе.
Корневище содержит флавоноиды, гликозид гаультерин, дубильные вещества, много крахмала и небольшое количество аскорбиновой кислоты. В надземной части обнаружены эфирное масло, следы синильной кислоты; в семенах — 6 % жирного масла; в листьях — 0,25—0,29 % аскорбиновой кислоты, каротин, таниды. В листьях содержится от 250 до 291 мг % аскорбиновой кислоты. В качестве лекарственного сырья используют корневище и корень таволги обык- новенной (лат. Rhizoma et radix Filipendulae hexapetalae). Сырьё заготавлива- ют осенью. Растение обладает вяжущим и мочегонным действием, его применяют при воспалениях слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, заболеваниях почек и мочевыводящих путей. Корни входят в состав сбора по прописи М. Н. Здренко, применяемого при папилломатозе мочевого пузыря, анацидном гастрите и язвенной болезни желудка. В народной медицине растение использовали как слабовяжущее, при язвенной болезни желудка, эпилепсии, укусах бешеных собак, при мочекаменной болезни, мигрени, кожных болезнях, связанных с нарушением обмена веществ, укусах ядо- витых змей, как кровоостанавливающее средство при маточных кровотечениях, при белях, геморрое, ревматизме. Богатые крахмалом корневые клубни съедобны, имеют приятный вкус. Цветки, содержащие эфирное масло, используют как суррогат чая, для ароматизации пива и вина. Лаванда настоящая Лаванда узколистная, или Лаванда настоящая, или Лаванда колосистая, или Ла- ванда колосковая, или Лаванда колосовая (лат. Lavandula angustifolia) — тра- вянистое растение, вид рода Лаванда (Lavandula) семейства Яснотковые (Lamiaceae).
Родиной считается французское и испанское побережье Средиземного моря; на- турализовано повсеместно в Европе, Северной Африке и Северной Америке. В Рос- сии произрастает на Черноморском побережье. В Московской области может выра- щиваться , но плохо зимует. Вечнозелёный, сероватый от опушения полукустарник высотой 30—60 (100) см, с сильным запахом. Корень отсутствует. Корневище деревянистое, в верхней части ветвистое. Нижние одревесневающие ветви сильно разветвлённые, приподнимающиеся, несу- щие многочисленные молодые побеги; цветоносные побеги четырёхгранные с длин- ным верхним междоузлием. Листья супротивные, сидячие, продолговато-линейные, с завёрнутыми краями, 2—6 см длиной, зелёные или серо-зелёные от опушения. Цветки собраны в ложные мутовки, образующие колосовидные соцветия. Венчик двугубый, длиной около 1 см, обычно голубовато-фиолетовый, опушённый. Плод состоит из четырёх орешков, заключённых в остающуюся чашечку. Все части растения содержат эфирное (лавандовое) масло: ■ листья — до 0,4 % ■ стебли — до 0,2 % ■ значительное количество его накапливается в соцветиях — 3,5—4,5 % (по дру- гим данным, 0,8—1,6 %) . Главной составной частью масла (30—60 %) являются сложные эфиры спирта L- линалоола и кислот (уксусной, масляной, валериановой и капроновой). Кроме то- го , в нём обнаружены цинеол, гераниол, борнеол и др. В цветках содержатся также дубильные вещества (до 12 %), горечи и смолы, урсоловая кислота, кума- рин, герниарин. Кумарин и герниарин в процессе гидродистилляции перегоняются одновременно с эфирным маслом.
Лаванда применялась ещё древними греками и римлянами. Цветки обладают мочегонным, противосудорожным и седативным действием, улуч- шающим мозговое кровообращение. Лавандовое масло обладает антисептическими и бактерицидными свойствами. Раствор эфирного масла стимулирует заживление ран без грубых рубцов на коже. Лавандовое масло входит в состав препаратов, обладающих нейро- и миотропной активностью, а также в ингаляционную жидкость, являющуюся действенным профи- лактическим средством против гриппозных инфекций. Успокаивающее действие ла- ванды при неврастении и сердцебиениях используют в виде лечебных ванн. В Бол- гарии масло лаванды применяют в стоматологии и для лечения ингаляциями рини- тов, ларингитов, пневмонии. Ранее лавандовое масло использовали для улучшения запаха лекарств. В народной медицине спиртовые растворы масла лаванды и цветки использовали при лечении мигрени, неврастении, ревматизма, сердечно-сосудистых заболева- ний, при мочекаменной болезни и пиелонефрите, для лечебных ванн при воспале- нии суставов, как ранозаживляющее, при кожных заболеваниях и невралгиях, уши- бах, вывихах и параличах. Растение обладает сильным пряным запахом и пряно-терпким вкусом. Эфирное масло широко применяется в производстве парфюмерно-косметических изделий и в ликёро-водочной промышленности. Цветки и масло лаванды употребляются как пря- ность в кулинарии, в частности, она популярна в испанской, французской и итальянской кухне. Из-за сильного аромата лаванду добавляют лишь в некоторые блюда. Во время копчения изделий лаванда вместе с ягодами можжевельника добавляет- ся к тлеющим опилкам. Некоторые гурманы используют лаванду для приготовления зелёного масла и блюд из овощей вместе с чабером, укропом и шалфеем. Исполь- зуется она также для приготовления зелёных соусов и добавляется в супы из ры- бы. В быту цветки лаванды служат отпугивающим средством от комаров, москитов и предохраняют шерстяные изделия от моли. Лавровишня лекарственная Лавровишня лекарственная (лат. Prunus laurocerasus) — вечнозелёное древес- ное растение; вид подрода Вишня рода Слива (Prunus) семейства Розовые (Rosaceae). Растёт главным образом в тёплых и умеренных областях Евразии и Америки. В России произрастает на Черноморском побережье Кавказа. Хорошо растёт на перегнойно-карбонатных почвах, известковых, суглинистых и супесчаных. Вечнозелёный кустарник или дерево высотой 2—6 м. Листья продолговатые, 5—20 см длиной, цельнокрайные, кожистые, сверху бле- стящие, тёмно-зелёные, снизу матовые. Цветки с пятью чашелистиками, пятью белыми лепестками, 20 тычинками и одним пестиком, собранные в густые кисти 5—13 см длиной. Цветёт в апреле — мае. Плод — округло-яйцевидная чёрная однокостянка около 8 мм длиной с сочной мякотью и гладкой косточкой, плодоносит в июле — августе. Растение ядовито. Содержит синильную кислоту и другие ядовитые вещества. Ядовиты цветки, кора, почки, семена и листья. Ядовитость обусловлена присут- ствием глюкозида амигдалина (C20H27O11N3H2O) и прилауразина (Ci4Hi706N) . Чаще всего отравляются листьями овцы и козы. Крупный рогатый скот и лошади не по- едают, при случайном поедании отравляются. Более ядовиты листья. При высуши- вании ядовитые свойства исчезают.
Лавровишневая вода (лат. Aqua Laurocerasi), являющаяся продуктом перегонки настоя жмыха или свежих листьев с водой, содержит продукты гидролиза амигда- лина — цианистый водород (ок. 0,1 %) и бензальдегид и раньше широко использо- валась как успокаивающее и обезболивающее средство. В настоящее время из кон- венциональной фармакопеи вытеснено, но продолжает применяться в гомеопатии (при упорной лихорадке, ночном кашле, митральной недостаточности и по другим показаниям). Плоды съедобны, приторного вкуса и аромата. Используется для приготовления вина и прохладительных напитков. В листьях много эфирного масла, их используют как суррогат лавровых листьев и для ароматизации молока. В листьях содержится 5—10, в коре — 10—11 % танинов, которые можно исполь- зовать для получения дубильных экстрактов. Ламинария Ламинария (лат. Laminaria) , или морская капуста, — род морских водорослей из класса бурых водорослей. Многие виды ламинарии употребляются в пищу. Ламинария японская распространена в южных районах Японского и Охотского мо- рей. В Белом и Карском морях обитают ламинария сахаристая и ламинария пальча- торассечённая, которые используются для медицинских и пищевых целей. Ламинарии растут, образуя густые заросли в местах с постоянным течением, формируя так называемый «пояс ламинарий» на определённой глубине вдоль бере- гов. Большие подводные «водорослевые леса» образуются обычно на глубине 4—10
м. На каменистом грунте ламинарии в некоторых районах встречаются до глубины 35 м. Ламинария пальчаторассечённая. Слоевище в виде пластинки, ровной или морщинистой, цельной или рассечённой, без отверстий, длиной от нескольких десятков сантиметров до 20 м, бурой окра- ски. Стволик неразветвлённый, прикрепляется ризоидами или дисковидной подош- вой. Спорофиты Laminaria многолетние, у некоторых видов их возраст может дос- тигать 11—18 лет. Слоевища ламинарий содержат полисахариды (главным образом соли альгиновой кислоты), маннит, белковые вещества, витамины, иод, минеральные соли, микро- элементы. В медицине ламинарию применяют в виде порошка, капсул или геля для профилактики зоба, атеросклероза, как слабительное средство при хронических запорах и колитах. Палочки ламинарии применяют в гинекологии. Получают в фор- ме гранул суммарный препарат «Ламинарид», содержащий смесь полисахаридов с белковым компонентом и соли альгиновых кислот. Также ламинария содержит фукоксантин, улучшающий липидный профиль. Ламинария пальчаторассечённая входит в состав медицинских препаратов, кото- рые назначают при атеросклерозе, при лечении и профилактике эндемического зо- ба. Также экстракт ламинарии пальчаторассечённой обладает выраженным сокогон- ным свойством, являясь раздражителем желудочной секреции, а также антидотным средством при заболевании верхних дыхательных путей у лиц, работающих с соля- ми бария, радионуклидами. Ламинария сахаристая и ламинария пальчаторассечённая используются в пищу под названием «морская капуста». Для восполнения суточной дозы иода (в регио- нах с дефицитом иода в воде) человеку достаточно употреблять ежедневно при- мерно 30—40 граммов свежей ламинарии. Ламинария противопоказана к употребле-
нию людям с повышенной чувствительностью к иоду. Ламинарию употребляют при хроническом запоре. Поглощая воду и увеличиваясь в объёме, она раздражает рецепторы слизистой оболочки кишечника и тем самым рефлекторно усиливает перистальтику кишечника. Цельные либо измельчённые до порошка слоевища ламинарии используются для проведения процедуры обёртывания и приготовления настоя. Экстракт ламинарии входит в состав некоторых косметических средств. Лапчатка гусиная Аргентина гусиная (лат. Argentina anserina) — многолетнее травянистое невы- сокое растение, вид рода Аргентина (Argentina) семейства Розовые (Rosaceae). Часто встречается под базионимом Лапчатка гусиная (лат. Argentina anserina), так род Аргентина (Argentina) был выделен из рода Лапчатка (Potentilla) толь- ко в 2010-х годах, и вид поменял родовую принадлежность. Растение происходит из Северного полушария, часто произрастает на берегах рек, на лугах и по обо- чинам дорог. Обиходные названия: гусиная лапка, судорожная трава, гусеница. Встречается в умеренной зоне по всему земному шару. Чаще всего встречается на песчаных или каменистых, глинистых почвах, по обочинам дорог, возле жилья, на лугах, пастбищах и пустырях, в оврагах и ка- навах, где она может быстро размножаться изобильно укореняющимися столонами. Основной подвид характерен для населённых областей, в отличие от Argentina anserina subsp. groenlandica, который является солестойким растением, харак- терным для прибрежных солончаков.
Почвопокровное многолетнее травянистое растение со стелющимися красными столонами, достигающими 80 сантиметров в длину. Растение опушённое — волоски покрывают нижнюю сторону листьев, стебель и столоны, из-за этого растение вы- глядит серебристым, что отражено в его английском названии Silverweed (сереб- ристая трава). Корни веретеновидно-утолщённые, мясистые. Цветоносные стебли тонкие, более чем 15-80 см длиной, ползучие и укореняющиеся на узлах. Листья с гетерофиллией: ■ прикорневые листья: многочисленные, сложные, равномерно непарноперистые (по другим источникам прерывисто-перистые), в длину 10—20 см, в очертании продолговато обратно-яйцевидные, разделённые на (9) 13—21 (31) листочков, листочки 2—5 см в длину и 1—2 см в ширину, с крупными прилистниками, снаб- женными яйцевидными или ланцетными острыми ушками. ■ нижние стеблевые: листья похожи на корневые, но с более коротким черешками и с меньшим числом листочков; прилистники их сходны с прилистниками корне- вых листьев. ■ самые верхние стеблевые листья: редуцированы, листочки их немногочислен- ные, прилистники сросшиеся между собою с листовидными или многораздельными ушками. Листочки сидячие, эллиптические или удлиненно обратно-яйцевидные, наиболее крупные 1—4 см дл. , край листа до основания остро- и глубоко- пильчато- зубчатый. Поверхность листовой пластинки сверху зелёная, гладкая и голая или рассеянно прижато-волосистая, снизу — беловатая, сильно опушённая. Цветки диаметром 1,5—2,5 сантиметра, с пятью, реже с шестью или семью жёл- тыми лепестками, растут на отдельных стеблях, достигающих 5—15 сантиметров в длину. Плод — многоорешек. Плодики крупные, яйцевидные, ямчатые, на спинке с бо- роздкою . В листьях содержится 260—297 мг % аскорбиновой кислоты. В подземных органах собранных 20 августа содержалось 105,6 мг % аскорбиновой кислоты. Листья содержат 8 % золы, 17,6 % протеина и 14,6 клетчатки. Используется в народной медицине как лекарственное растение. Содержит ду- бильные вещества. В качестве лекарственного сырья обычно собирают листья, го- раздо реже заготавливают также побеги и цветки. Настой и отвар лапчатки гуси- ной обладает сильным вяжущим, противосудорожным, кровоостанавливающим, анти- септическим и мочегонным действием. Наружно настой употребляют для полосканий при воспалительных заболеваний горла и полости рта, а отвар — для обмываний и примочек при язвах, порезах, различных кожных воспалениях, сыпях, кровоточа- щих ранах. В подземных и надземных органах содержит дубильные вещества. Клубнеобразные утолщения богаты крахмалом, употреблялись в пищу некоторыми народностями, на- пример, якутами и тангутами. Молодые побеги можно употреблять как листовой овощ, как салат. Ластовень лекарственный Ластовень ласточкин, или лекарственный, также ластовень, винцето ксикум ласточкин, змеиный корень (лат. Vincetoxicum hirundinaria), — травянистое растение, вид подсемейства Ластовневые (Asclepiadoideae) семейства Кутровые (Аросупасеае), типовой вид рода Ластовень (Vincetoxicum). Широко распространённый в Европе, за исключением северной части России, в Сибири (Тюменская, Курганская, Омская, Новосибирская области), на Кавказе, в
Передней Азии вид. На востоке заходит в Алтай и Гималаи, на юге — в Африку. В качестве заносного вида встречается в Северной Америке (Онтарио, Мичиган и Нью-Йорк). Многолетнее травянистое растение 30—120 см высотой, с прямостоячим неветви- стым стеблем, в верхней части обычно немного вьющимся. Листья супротивно расположенные, на черешках, цельнокрайные, яйцевидно- ланцетной формы, 6—10 см длиной и 3—5 см шириной, на конце заострённые, в ос- новании от округлых до неясно сердцевидных. Пластинка по жилкам снизу, по краям, равно как и черешок, слабо опушена. Цветки пятичленные, до 1 см в диаметре, собраны в пазушные зонтичные соцве- тия . Доли чашечки узколанцетные, 2—2,5 мм длиной. Венчик колесовидный, доли его продолговатые, тупые на верхушке. Плоды — листовки ланцетной формы. Семена бурые, с хохолком. Как и другие ластовневые, имеет чрезвычайно сложные приспособления для опы- ления насекомыми. Химический состав ластовня лекарственного включает винцетоксин, асклепионо- вую кислоту и флавонгликозиды. Растение ядовито, его состав до конца не изу- чен, но в нем обнаружены следующие активные вещества: ■ Винцетоксин — токсичный гликозид, содержащийся в корнях. ■ Асклепион и асклепионовая кислота — специфические органические соединения, характерные для семейства ластовневых. ■ Флавонгликозиды — вещества, чье действие на сердце похоже на сердечные гликозиды наперстянки.
■ Ситостерины — растительные стерины. ■ Алкалоиды — азотистые соединения в небольших количествах. Как следует из названия, ластовень лекарственный наделён весьма ценными це- лебными свойствами. С лечебной целью используют листья, семена, а также кор- невища и корни этого растения. Корневища собирают в весенний период до того момента, пока не произойдет отрастание растений, а также осенью уже после со- зревания плодов. Листья заготавливают на протяжении всего периода цветения ластовня, а семена собирают с августа по сентябрь. В народной медицине довольно широкое распространение ластовень получил бла- годаря препаратам для устранения отёков и повышенного сердцебиения, от маля- рии, для снятия интоксикации. Настой корней используется для наружного уско- рения заживления ран, язв и изъязвлений. Латук ядовитый Латук ядовитый (лат. Lactuca virosa) — вид травянистых растений рода Латук (Lactuca) семейства Астровые (Asteraceae). Вид широко распространён на большей части Центральной и Южной Европы. Вид также встречается в Пакистане (Пенджаб), Индии и Австралии, где произрастает в дикой природе. В Северную Америку вид был завезён в Калифорнию, Алабаму, Айову и Вашинг- тон. Произрастает в диком виде в других частях континента. Двулетнее травянистое растение, схожее с видом Lactuca serriola (Латук ди- кий) , но более высокое — оно может достигать 200 см. Имеет более крепкий сте- бель и листья более пурпурного цвета, листья менее разделены, но более раски- дистые, подобно Mycelis muralis, но с более чем 5 соцветиями.
Семянка пурпурно-чёрная, без щетинок на кончике. Папус такой же, как у Lactuca serriola. В северном полушарии цветёт с июля по сентябрь. Вид содержит флавоноиды, кумарины и N-метил-р-фенэтиламин. Из Lactuca virosa было выделено множество других химических соединений. Одно из соедине- ний, лактуцин, является агонистом аденозиновых рецепторов in vitro, а другое, лактукопикрин, действует как ингибитор ацетилхолинэстеразы in vitro. Из экстракта выделений стебля Lactuca virosa можно получить латекс, а также масла и экстракты, которые обладают седативными свойствами. Вид использовался в XIX веке врачами в качестве альтернативы опиуму. В 1911 году в Великобритании было проведено обширное исследование вида. В результате было обнаружено два химических вещества: лактукопикрин и лактуцин. Используется в народной медицине. Левзия сафлорододная Левзея сафлоровидная, или Рапонтикум сафлоровидный, или Большеголовник саф- лоровидный, или Стемаканта сафлоровидная, или Маралий корень (лат. Rhaponticum carthamoid.es) — многолетнее травянистое растение; вид рода Рапон- тикум семейства Астровые. Произрастает в горах Алтая, в Западной и Восточной Сибири, в Средней Азии. В Сибири растение известно под названием «маралова трава», а корень — под названием «маралий корень». Это связано с тем, что олени-маралы лечатся этим корнем. Левзея сафлоровидная — эндемик Южной Сибири. Основные места обитания нахо- дятся на Алтае и в Саянах. Произрастает на субальпийских, реже альпийских лугах (на высоте 1400—2300 м над уровнем моря) . В суровых климатических условиях Сибири маралий корень проявил себя как зи- мостойкое , холодостойкое и засухоустойчивое растение.
Многолетнее травянистое растение высотой 50—80 (200) см. Корневая система мощная, корень стержневой, разрастающийся в корневище с множеством ветвящихся корней. Стебель полый, ребристый, паутинисто-опушённый. Листья глубоко- перистораздельные с яйцевидно-ланцетовидными, зубчатыми по краям долями. Цветки трубчатые, фиолетовые, собраны в одиночные крупные (диаметром 3—8 см) корзинки. Плод — семянка. Маралий корень — зимостойкое и холодостойкое, све- толюбивое растение, умеренно требовательно к влаге. Корневище и корни левзеи сафлоровидной содержат экдистероиды (экдизоны), алкалоиды, флавоноиды (кверцетин, рутин) , дубильные вещества (до 5%) , фенол- карбоновые кислоты (ванилиновую, феруловую, хлорогеновую и др.), аминокислоты (повышенное количество пролина, аспарагиновой и глутаминовой кислот), инулин. В качестве лекарственного сырья левзеи сафлоровидной используют корневище с корнями (лат. Rhizoma cum radicibus Leuzeae). Сырьё заготовляют в конце лета или осенью, после созревания плодов, отряхивают от земли, быстро промывают, сушат в сушилках при температуре 50—60 С или на солнце. Заросли растения вос- станавливаются очень медленно, поэтому при сборе на 10 м2 зарослей оставляют нетронутыми два—четыре растения. В медицине корневища с корнями левзеи (как в виде растительного сырья, так и экстракта из него, содержащего экдистен) используются в качестве общеукреп- ляющего и адаптогенного лекарственного средства. По утверждениям производите- ля, препараты левзеи показаны в составе комбинированной терапии при астении, физическом и умственном переутомлении, снижении потенции, в период реконва- лесценции. Лилия тигровая Лилия ланцетолистная, или лилия тигровая, (лат. Lilium lancifolium, ранее — Lilium tigrinum) — вид многолетних травянистых растений из семейства Лилейные (Liliaceae). Включена в подрод Sinomartagon рода Лилия (Lilium). Лилия ланцетолистная в дикой природе произрастает в Китае, Корее, в Хасан- ском районе Приморского края. Встречается как натурализовавшееся в Японии, в южной части острова Сахалин и вдоль побережья Татарского пролива (Углегорский, Томаринский, Холмский, Корсаковский, Анивский и Невельский районы) и на острове Кунашир. Использует- ся в Европе и Америке в качестве декоративного растения. В России широко культивируется как декоративное растение. Произрастает на приморских разнотравных лугах, береговых валах, скалах, лесных полянах, вдоль проселочных дорог. Многолетнее травянистое растение, достигающее 1,5—2 м в высоту. Стебель жё- сткий, войлочно-опушённый, тёмно-фиолетовый. Луковица крупная, шаровидная или яйцевидная, беловатая. Листья сидячие, узко-ланцетовидные, гладкие, тёмно-зелёные, очерёдно распо- ложенные . Верхние листья более короткие, в их пазухах образуются небольшие тёмно-коричневые свободно отрывающиеся луковички. Цветки повислые, на опушённых цветоножках, собраны по 3—10 в рыхлые кисте- видные соцветия. Доли околоцветника до 10 см длиной, сильно отгибающиеся на- зад, ярко-оранжевые или оранжево-красные, покрытые тёмно-фиолетовыми бородав- чатыми пятнышками. Тычинки короче пестика, с ярко-красным пыльником. Плод — яйцевидная коробочка с коричневатыми семенами. Размножение вегетативное, посредством выводковых луковичек. Цветет в авгу- сте-сентябре . Лилия ланцетолистная — одна из видов лилий с очерёдно расположенными листь- ями и оранжевыми цветками. К ней близки лилия великолепная и лилия Генри.
Химический состав лилии тигровой (ланцетолистной) включает полисахариды, стероидные сапонины и фенольные соединения. Основными биологически активными компонентами растения являются: ■ Полисахариды и углеводы: глюкоманнан (лилиум-Ъа-глюкоманнан) и крахмал (до 31% в луковицах). ■ Стероидные сапонины: разнообразные производные, обладающие нейропротектор- ной активностью. ■ Фенольные соединения: специфические гликозиды регалозиды (например, рега- лозид А, В, С), а также лилиозид С в побегах. ■ Флавоноиды и витамины: рутин, кверцетин, апигенин, а также витамин С, ви- тамины группы В и каротиноиды. ■ Прочие вещества: алкалоиды, органические кислоты (яблочная, лимонная), слизи и жирные масла. Лилия тигровая применяется в официальной фитотерапии, народной медицине и гомеопатии благодаря содержанию слизистых веществ, алкалоидов, флавоноидов и сапонинов. Чаще всего используются ее луковицы и цветки Использование в медицине и фармацевтике: ■ Фитопрепараты: Экстракт тигровой лилии входит в состав комплексных расти- тельных лекарственных средств (например, капель Мастодинон), применяемых для нормализации менструального цикла и лечения мастопатии. ■ Гомеопатия: Назначается при функциональных расстройствах нервной системы у женщин (депрессивные состояния, тревожность, перепады настроения), а также при болях внизу живота и гинекологических проблемах. ■ Народная медицина: Отвары и настои луковиц принимают внутрь при простудном кашле, болях в груди, нарушении аппетита и болезненных менструациях. На- ружно (печеные или отваренные в молоке луковицы) используют в виде ком- прессов для ускорения созревания фурункулов, лечения абсцессов и кожных воспалений.
Ложечница лекарственная Ложечница лекарственная (лат. Cochlearia officinalis) — вид растений рода Ложечница семейства Капустные. Ложечница лекарственная встречается в Восточной Европе: в России (в Архан- гельской, Мурманской областях, республике Коми, и Ненецком автономном окру- ге) . Распространена в Центральной Европе: в Бельгии, Германии, Нидерландах и Швейцарии. В Северной Европе: в Исландии, Дании, Финляндии, Ирландии, Норве- гии, Швеции, Великобритании и на Фарерских островах. В Юго-Западной Европе произрастает во Франции. Населяет солончаки, болота, каменистые, песчаные районы, затопленные соле- ной прибрежной водой. Ложечница лекарственная представляет собой многолетнее травянистое расте- ние, вырастающее до 10 — 50 см в высоту. Стебли голые, на длинных черешках находятся мясистые листья. Листья имеют форму сердца или почки, нижние стебли листьев образуют розетку вокруг основания растения. Период цветения с мая по август. Цветки маленькие, белого или сиреневого цвета, похожи на ромашку. Се- мена созревают с июля по сентябрь, круглые, красновато-коричневого цвета. Цветки двуполые, их опыляют пчёлы, мухи и жуки. Ложечница лекарственная (ложечная трава) содержит витамин С, глюкокохлеарин и дубильные вещества. Активные компоненты: ■ Витамин С: много аскорбиновой кислоты в свежем растении. ■ Глюкокохлеарин: гликозид горчичного масла, дающий острый вкус. ■ Изотиоцианат: продукт распада гликозидов. ■ Горечи: вещества, улучшающие пищеварение.
■ Дубильные вещества: полезные вяжущие соединения. ■ Минеральные соли: важные микроэлементы. Ложечница лекарственная (ложечная трава) применяется в народной медицине для лечения цинги, улучшения пищеварения и очищения ран, благодаря высокому содержанию витамина С и полезных хюречей. Основные полезные свойства: ■ Витамин С: защищает от цинги и укрепляет тело. ■ Горечи: улучшают аппетит и работу желудка. ■ Растительные соки: помогают очищать кожу и заживлять гнойные раны. Настой: пьют для улучшения пищеварения и работы печени, а также полощут им рот при боли в горле. Свежая трава: прикладывают к язвам и порезам для скоро- го заживления. Ломонос виноградолистный Ломонос виноградолистный, или клематис виноградолистный (лат. Clematis vitalba) — вид цветковых растений рода Ломонос (Clematis) семейства Лютиковые (Ranunculaceae). В природе ареал вида охватывает Северную Африку (Алжир), практически всю территорию Европы, Кавказ, Ближний и Средний Восток. Натурализовалось в Авст- ралии и Северной Америке. Культивируется в Европейской части России, как де- коративное растение. Произрастает в зарослях кустарников, в лесах, на опушках и по каменистым склонам гор, поднимаясь в горы до 1200 м над уровнем моря.
Это — лиановидный кустарник с сильно ребристой, а позднее покрытой трещина- ми корой и ветвями, цепляющимися за опору с помощью завивающихся длинных че- решков листьев. Листья на длинных черешках, супротивные, сложные, непарноперистые, состоя- щие из пяти цельных или реже трёхлопастных листочков. Листочки яйцевидные, длиной 3-10 см, шириной 3—4,5 см, остроконечные или заострённые, при основа- нии закруглённые или слегка сердцевидные, рассеяноопушённые или почти голые. Обычно крупнозубчатые по краям. Цветки белые, слегка ароматные, диаметром около 2 см, многочисленные, соб- раны в метельчатые соцветия. Чашелистики продолговатые, тупые, снаружи густо бело-опушённые, мелкие, длиной до 10 мм. Цветение в июне — июле. Плоды — семянки, длиной 7 мм, шириной 4 мм, с утолщённой окраиной и перисто опушенным носиком длиной до 4 см, собранные в гривастые головки. Биологически активные вещества: ■ альфатокоферол (ос-токоферол, витамин Е) относится к веществам сложной при- роды ; ■ кофейная (дегидрохинаминовая) и хлорогеновая кислоты - оказывают на орга- низм бактериостатическое и желчегонное действие; ■ сапонины тритерпеновые: 5% (от сухой массы) представленные витальбозидами А, В, С, D, E, F, G, H, I, J; ■ свободные хедерагинин, и олеаноловая кислота; ■ алкалоид клематин; ■ транс-аконитовая кислота (более 1 %); ■ мирициловый спирт; ■ мелиссовая кислота; ■ фенолкарбоновые кислоты и эфирные масла; ■ гликозиды стероидного ряда, в частности гликозид р-ситостерина; ■ анемонол; ■ гликозид клемантитин; ■ стигмастерин; ■ ситостерин; ■ леонтин; ■ восковые вещества. Альфатокоферол используется как одно из действующих веществ при лечении следующих заболеваний: мышечной дистрофии, дерматомиозитов, амиотрофического бокового склероза, нарушений функций половых желез у мужчин, нарушениях мен- струального цикла у женщин и угрозе прерывания беременности, болезнях кожи (псориаз, экзема, красная волчанка), миокардиодистрофии, при спазмах перифе- рических сосудов, при бесплодии. Этот витамин является необходимым компонен- том для нормального размножения, устойчивого развития организма и устойчиво- сти гемоглобина к гемолизу; При недостатке этого витамина в организме нарушаются процессы перекисного окисления, функции мембран, интенсифицируются процессы деградации печени, развивается бесплодие. В лекарственных целях используются трава и цветки. В народной медицине пре- паратами ломоноса лечат головную боль, язву желудка, венерические заболева- ния, костные опухоли, чесотку, их используют как мочегонное, потогонное, сла- бительное средства. Гомеопаты используют ломонос при лечении конъюнктивитов, циститов, малярии. Растение ядовито. Применение внутрь требует осторожности.
Льнянка обыкновенная Льнянка обыкновенная или дикий львиный зев (лат. Linaria vulgaris) — травя- нистое многолетнее растение, вид рода Льнянка. По современной классификации род включается в семейство Подорожниковые (Plantaginaceae), ранее он фигури- ровал в составе семейства Норичниковые (Scrophulariaceae) или Верониковые (Veronicaceae). Льнянка обыкновенная — обычное растение паровых полей, огородов и садов. Европа: Дания, Финляндия, Ирландия, Норвегия, Швеция, Великобритания, Авст- рия, Бельгия, Чехословакия, Германия, Венгрия, Нидерланды, Польша, Швейцария, Албания, Болгария, Югославия, Греция, Италия, Румыния, Франция (включая Кор- сику) , Испания; территория бывшего СССР: Белоруссия, Молдавия, Европейская часть России, Украина, Западная и Восточная Сибирь, Дальний Восток; Азия: Турция, Китай. Встречается как заносное в других умеренных районах земного шара. Корень стержневой или с длинными ползучими побегами. Стебель 30—60(90) см высотой, прямостоячий, простой или ветвистый, густо олиственный. Листья линейно-ланцетные или линейные, заострённые, с одной, реже тремя жилками, по краям завёрнутые, голые, 2—5(7) см длиной и 2—4(5) мм шириной, верхние линейные. Цветки собраны в густые длинные верхушечные кисти, 5—15 см длиной. Оси, цветоножки и, реже, чашечка покрыты железистыми волосками, очень редко почти
голые. Цветоножки 2—8 мм длиной, прицветники ланцетные, превышающие цветонож- ки или равные им. Чашечка с ланцетными долями, тонко заострёнными, большей частью голыми или с редкими волосками на наружнеи стороне, внутри голая, 3 мм длиной, 2 мм шириной. Венчик жёлтый, с ярко-оранжевой выпуклиной на нижней губе, 15—18 мм длиной (без шпоры), верхняя губа значительно превышает нижнюю, с выемкой 2,5—3 мм глубины, нижняя губа с закруглёнными долями, 5 мм шириной, средняя более узкая, шпора широко коническая, изогнутая, 12—15 мм длиной, 2,5—3 мм шириной при основании, ярко-жёлтая. Цветёт в июне—августе. Коробочка продолговато-эллиптическая, длиной 9—11 мм и шириной 6—7 мм, со- держит многочисленные мелкие, дисковидные, с широким перепончатым краем, бу- горчатые в центре семена. В траве льнянки содержатся дубильные вещества, алкалоид пеганин, флавоновые гликозиды, органические кислоты — яблочная, уксусная, муравьиная, пектины, сапонины, витамин С и минеральные вещества. Траву льнянки обыкновенной лучше всего заготавливать в период цветения — то есть в течение практически всего лета. Срезать траву следует непременно в сухую солнечную погоду. Поскольку растение в свежем виде отличается неприят- ным запахом, сушить его рекомендуется на открытом воздухе и обязательно — в тени. Срок годности заготовленного сырья — один—два года. Льнянка в научной медицине нашей страны не применяется и до конца не иссле- дована. Профессор М.Д. Российский испытал жидкий экстракт на больных атонией кишечника, вздутием живота, длительными запорами и сделал заключение, что экстракт действует как мягкое послабляющее без побочных явлений. Им был выде- лен препарат пеганин, аналогичного с экстрактом действия, кроме того, он ока- зался хорошим средством при вялости мышц, при мышечной дистрофии и миопатиях. В Германии врачи назначали водный настой льнянки при желтухе различного происхождения, воспалении мочевого пузыря, запоре, вялости кишечника и гемор- рое . В небольших количествах льнянку применяют при головных болях с рвотой (синдром Меньера), при ночном недержании мочи. Считают, что препараты льнянки увеличивают силу, урежают ритм сердечных со- кращений , повышают артериальное давление, скорость кровотока, увеличивают диурез. Настойку рекомендуют при хроническом запоре, метеоризме, при заболе- ваниях печени и жёлчного пузыря, отёках сердечного и почечного происхождения, нарушениях менструального цикла. Известно также, что препараты этого растения повышают потенцию, воздействуют как противоопухолевое и антигельминтное сред- ство . Широко и издавна применяется льнянка в народной медицине. Она полезна при водянке, при запорах, желтухе, золотухе, как слабительное, мочегонное, пото- гонное, противоглистное и желчегонное средство. Настой льнянки улучшает рабо- ту желудка и особенно кишечника, удаляет газы при метеоризме, уменьшает и прекращает воспалительные процессы (уменьшаются и рассасываются инфильтраты). Препараты льнянки, чай, настои применяются при головных болях, при одышке, как хорошее отхаркивающее при кашле, как противоядие при отравлениях, при бо- лезнях мочевого пузыря и ночном недержании мочи, особенно у детей. Наружно полощут горло при ангине, делают ванны при конъюнктивите. Мазь втирают в го- лову для быстрого роста волос, а также при лечении экземы и псориаза. Свежая трава — инсектицид. Цветки содержат красящий пигмент тиосульфат натрия дающий жёлтый цвет. Любисток Любисток (лат. Levisticum) — многолетнее травянистое растение; род семейст- ва Зонтичные. Любисток аптечный, или Любисток лекарственный (лат. Levisticum officinale) — типовой и единственный подтвержденный вид рода).
Естественный ареал любистка Афганистан и Иран. Акклиматизирован и широко культивируется повсюду в мире. Многолетнее растение. Корень толстый. Стебель высотой 100—200 см, голый, с сизой поверхностью, вверху ветвистый. Листья блестящие, перистые, с большими обратнояйцевидными или ромбовидными, несколько надрезанными долями. Цветки мелкие, желтоватые. Соцветие — сложный зонтик с многочисленными обёртками и оберточками. Плод овально-эллиптический, сплюснутый по спинке с толстоватыми крылатыми рёбрами. Цветёт в июне-августе. Плоды созревают в сентябре. Отличительные свойство растения — специфический запах, немного похожий на запах сельдерея. Отсюда одно из народных названий — зимний сельдерей. Любист- ку свойственен также солоновато-горький вкус. Во всех частях растения содержится эфирное масло, в состав которого входят D-oc-терпинеол, цинеол, уксусная, изовалериановая и бензойная кислоты. Количе- ство эфирного масла в различных органах 0,1-2,7 %. В корнях, кроме эфирного масла, обнаружены смолы, органические кислоты (ангеликовая и яблочная), крах- мал, сахара, карвакрол, сесквитерпены, фурокумарины псорален и бергаптен, ду- бильные и минеральные вещества; в листьях имеется аскорбиновая кислота. Имеются данные, что корни ядовиты до фазы цветения. Применяют настои и отвары корней. Они возбуждают аппетит, снимают кишечные колики, оказывают ветрогонное и диуретическое действие и др. Корни и корневи- ща приняты в ряде европейских фармакопеи. Включены в БТФ как ветрогонное и антидиспепсическое, а также применяются в гомеопатии.
Применяется в комбинированных препаратах растительного происхождения (на- пример, Канефрон Н). В научной медицине России любисток не применяется, но включён в некоторые зарубежные фармакопеи. Известно, что растение оказывает мочегонное и отхарки- вающее действие, улучшает пищеварение и аппетит, препятствует метеоризму; корни обладают антибактериальной активностью. Любисток использовали врачи древности как средство, способствующее отделению мочи и жёлчи. В русской на- родной медицине корни применяли при отёках, пиелонефрите, задержке мочеиспус- кания, болезнях сердца, дыхательных органов (хрипоте, бронхите и катаре верх- них дыхательных путей), подагре, мигрени, ревматизме, анемии, альгоменорее, как успокоительное при нервных расстройствах, ранозаживляющее, противоглист- ное , для укрепления волос. Следует учесть, что любисток противопоказан при беременности, поскольку способствует притоку крови к органам малого таза. Запах любистка острый, пряный, вкус сначала сладковатый, потом острый, пря- ный и умеренно горьковатый. Из растения получают эфирное масло, которое при- меняется в парфюмерии и кулинарии. Свежие стебли, листья и корни используют для ароматизации кондитерских изделий, напитков, маринадов. Даже небольшие добавки зелени любистка изменяют вкус и придают консервам своеобразный гриб- ной аромат. Зелёные части и корни молодых растений употребляют в пищу как пряность при приготовлении зелёного масла, салатов; его добавляют в соусы, к жареному мясу, в подливки, супы, к овощам, блюдам из риса, круп, птицы и ры- бы. Любисток имеет особое значение в диетическом питании наряду с укропом и ба- зиликом . Лютик ядовитый Лютик ядовитый (лат. Ranunculus sceleratus) — одно- или двулетнее травяни- стое растение; вид рода Лютик (Ranunculus) семейства Лютиковые (Ranunculaceae). Очень ядовит.
Обычное растение илистых мест, канав, берегов водоемов. Стебель 10—70 см высотой, прямой, полый, ветвистый. Листья блестящие, слегка мясистые, разделённые на три округлые или яйцевид- ные доли. Цветки мелкие, светло-жёлтые, 7—10 мм в диаметре. Чашелистиков пять, золо- тисто-жёлтых лепестков пять. Плодики с почти прямым носиком. Цветёт в конце весны и летом. Нектар содержит ранункулин и протоанемонин, которые обладают раздражающим и наркотическим действием. Главным токсичным компонентом лютика ядовитого является ранункулин, который при повреждении тканей растения распадается на глюкозу и летучее ядовитое ве- щество — протоанемонин. Именно протоанемонин обуславливает резкий запах, жгу- чий вкус и сильное раздражающее действие растения. Основные токсины и лактоны: ■ Ранункулин: гликозид, служащий предшественником основного яда. ■ Протоанемонин: маслянистая летучая жидкость. При высушивании травы полиме- ризуется в нетоксичный анемонин. Согласно фитохимическим базам данных и исследованиям (включая Атлас расте- ний КФУ), в надземной части лютика ядовитого содержатся: ■ Алкалоиды и нейромедиаторы: серотонин и холин. ■ Флавоноиды и дубильные вещества: галлотаннины, обладающие вяжущими свойст- вами. ■ Кумарины: скопарон и изоскополетин. ■ Антрахиноны: эмодин. ■ Стероиды (фитостерины): ситостерол, стигмастерол, стигмаст-4-ен-З,6-дион и стигмаст-5-ен-З-ол. ■ Органические и фенольные кислоты: - Протокатеховая кислота - Фенилуксусная кислота - Гексадекановая (пальмитиновая) кислота2-пропандиовая (малоновая) кислота ■ Альдегиды: протокатехальдегид. ■ Углеводороды: 1-докозен. Свежий сок растения содержит максимальную концентрацию протоанемонина, из- за чего контакт с ним вызывает химические ожоги кожи, а попадание внутрь — тяжелое поражение желудочно-кишечного тракта и дыхательной системы. В процес- се сушки сена ядовитые свойства лютика практически полностью исчезают. В официальной доказательной медицине лютик ядовитый не используется из-за своей крайне высокой токсичности. Растение находит ограниченное применение исключительно в народной медицине и гомеопатии, где задеиствуются его бакте- рицидные и местнораздражающие свойства. Из-за высокого риска отравления растение используют преимущественно наруж- но : ■ Лечение кожи: слабые растворы сока применяют против чесоточного клеща. ■ Заживление ран: настои помогают очищать гнойные раны и язвы от бактерий. ■ Обезболивание: примочки используют при ревматизме, подагре и радикулите. ■ Нарывное средство: свежую траву прикладывали к коже для вызывания нарывов (отвлекающая терапия). Внутреннее применение сухой травы (в виде сильно разбавленных отваров) встречается в народных рецептах при бронхите, астме и водянке. Однако сушка лишь частично снижает токсичность.
Лютик едкий Лютик едкий (лат. Ranunculus acris) — травянистое растение, типовой вид ро- да Лютик семейства Лютиковые (Ranunculaceae). Одно из русских народных названий растения — «куриная слепота». Предпочитает увлажнённые почвы. Выдерживает умеренное затопление и неболь- шое заиление. Произрастает на почвах с различной кислотностью (от рН 4,0 до 7,5). Хорошо растёт на богатых и бедных преимущественно суглинистых и глини- стых почвах. Лютик едкий — многолетнее травянистое растение, достигает в высоту 20—50 см. Корневище укороченное (0,5—1,8 см длины), залегающее вблизи поверхности почвы. Главный корень отмирает в раннем возрасте. Придаточные корни многочис- ленные, отходят горизонтально или косо книзу в виде пучка от корневища. Глу- бина проникновения 10—40 см, ширина распространения 25—50 см. Корни содержат эндотрофную или эктоэндотрофную микоризу. Нижние листья длинночерешковые, длиной 5—10 см, пятиугольные, пальчатораз- дельные; верхние — сидячие, трёхраздельные с линейными, зубчатыми долями. Цветки ярко-жёлтого цвета, достирают 2 см в диаметре, одиночные или собраны в соцветие полузонтик. Чашелистиков пять; лепестков пять; множество тычинок и пестиков. Цветёт в июне. Плод — многоорешек.
Растение содержит летучее едкое вещество с резким запахом — протоанемонин (анемонол) типа камфоры, раздражающее слизистые оболочки глаз, носа, гортани и внутренних органов, каротиноид флавоксантин, сапонины, алкалоиды, аскорби- новую кислоту, сердечные гликозиды и флавоновые соединения. Сильно ядовито. Листья содержат 7,4—12,1 мг % каротина, плоды 23 % жира. В сухих лепестках содержится каротиноид флавоксантин (С40Н50О3) (40 мг на 1 кг сухих цветков) . Применяют в народной медицине для лечения ожогов, ран, при фурункулах, а также при ревматизме, головных болях, туберкулёзе. Магнолия крупноцветковая Магнолия крупноцветковая (лат. Magnolia grandif16га) — вид цветковых расте- ний, входящий в род Магнолия (Magnolia) семейства Магнолиевые (Magnoliaceae). В природе ареал вида охватывает юго-восточные штаты США. (от Северной Каро- лины до Флориды и Техаса). Как декоративное растение выращивается в Грузии, Крыму, Средней Азии, некоторых районах Краснодарского края России и в Астра- ханской области. В культуре с 1734 года. Обычно приурочена к болотистым лесам по берегам рек. Наибольших размеров достигает в долине реки Миссисипи на богатых почвах по прибрежным холмам. Магнолия крупноцветковая — вечнозелёное дерево высотой до 30 м с толстым, прямым стволом диаметром 120—135 см. Крона широкопирамидальная, густолиствен- ная. Кора серая или светло-бурая, толщиной 1—2 см. Листья продолговатые, обратнояйцевидные или узкоэллиптические, заострённые, цельнокрайные, с клиновидным основанием, гладкие, кожистые, крупные, длиной 12—25 см, шириной 4—12 см, сверху голые, тёмно-зелёные, снизу бурые, рыжева- тые, коротко опушённые, иногда голые. Черешки длиной 2,5—5 см, ржавоопушён- ные. Цветки единичные, верхушечные, крупные, достигают в диаметре 25 см, молоч- но-белые, с сильным одуряющим запахом. Листочков околоцветника 6, иногда 9 или 12, яйцевидных или овальных, длиной 7,5—10 см, шириной 2—5 см. После оцветения каждый из многочисленных пестиков превращается в листовку, тесно прирастающую брюшным швом к удлинённой оси цветка. Плоды — шишкообразные, ржавоопушённые, яйцевидные или эллипсоидальные мно- голистовки длиной 7,5—10 см. Семена блестящие, эллипсоидальные или треуголь-
ные, по (2—6 в каждом плодике) с красной мясистой семенной кожурой, при со- зревании повисают на длинных семяножках (проводящий пучок), служат пищей для птиц. Цветение — с мая по сентябрь, единичными цветками — с октября по ноябрь. Плодоношение — с октября по ноябрь. Магнолия крупноцветковая содержит эфирные масла, алкалоиды и флавоноиды. Эфирное масло: ■ Листья содержат до 0,59% эфирного масла, а цветки — около 0,16%. ■ В состав масел входят спирты, сложные эфиры, фенолы, цинеол, цитраль и се- сквитерпены. ■ Основными летучими компонентами цветков являются фарнезол (до 18%) , гер- макрен D (17%), бета-бисаболен (17%) и 2-фенилэтанол (10%). Биологически активные вещества: ■ Алкалоиды: обнаружены в побегах и листьях, оказывают гипотензивное дейст- вие . ■ Лигнаны и неолигнаны: содержат магнолол и хонокиол, обладающие антиокси- дантными свойствами. ■ Флавоноиды и гликозиды: присутствуют в экстрактах цветков и листьев, уча- ствуют в регуляции сердечной деятельности. Магнолия крупноцветковая применяется в медицине главным образом в виде спиртовых настоек и экстрактов из листьев и цветков, которые помогают при ги- пертонии , сердечной недостаточности и болях в сердце. Растение богато алка- лоидами и эфирными маслами. Вытяжки и отвары из коры и плодов используют для растираний при суставных и мышечных болях. Эфирное масло из молодых побегов и листьев добавляют в косметические сред- ства для укрепления корней волос. Майоран Майоран (лат. Origanum majorana) — вид многолетних травянистых растений из рода Душица (Origanum) семейства Яснотковые. Произрастает в Центральной Европе, на Ближнем Востоке, в Северной Африке. Стебли прямостоящие, ветвистые, высотой 20—45 (50) см, у основания дереве- неющие , серебристо-серые. Листья продолговато-яйцевидные или лопатчатые, черешковые, тупые, цельно- крайные, с обеих сторон серо-войлочные. Соцветия продолговатые, войлочно-мохнатые, из трёх—пяти округлых, сидячих, яйцевидных, коротких колосковидных пучков на концах ветвей. Цветки мелкие, венчик красноватый, розовый или белый. Плод — яйцевидный гладкий орешек. Цветёт в июле—августе. Вся надземная часть майорана содержит 0,3—0,5 % эфирного масла на сырую и 0,7—3,5 % на сухую массу цветущих растений. Молодые побеги майорана богаты рутином (до 0,13 %) , содержат аскорбиновую кислоту (до 0,45) и каротин (до 0,006). Кроме того, в растении содержатся дубильные и пектиновые вещества, пентозаны. Эфирное масло обладает специфическим запахом кардамона и подобным тимьяну, но более тонким и сладким, характерным для данного растения, острым пряным вкусом. Наибольшее содержание эфирного масла наблюдается в период массового цветения. В состав эфирного масла входят терпинен, пинен, сабинен, ос- терпинеол, борнеол, фенолы. Вещество-носитель чрезвычайно сильного аромата растения до сих пор неизвестно
Майоран улучшает пищеварение, показан при метеоризме, оказывает мочегонное и седативное действие. В медицине некоторых стран растение применяют при за- болеваниях дыхательных путей и органов пищеварения. Использование майорана показано при диетическом питании желудочных больных. В народной медицине он известен как желудочное, тонизирующее, противокатаральное и ранозаживляющее средство. Совместно с другими лекарствами майоран применяли при параличах, неврастении, бронхиальной астме и насморке. Растение использовали внутрь в форме настоя и наружно — для ванн и примочек как ранозаживляющее. На Ближнем Востоке он используется в качестве приправы, при этом смешивает- ся с солью и кунжутом. В Древнем Египте, Элладе и Риме растение ценилось как пряное, лекарственное и декоративное (для венков). У римлян эта трава была известна как трава сча- стья и считалось, что она увеличивает продолжительность жизни. В XXI веке майоран используют в основном как пряность, его добавляют к са- латам, супам, рыбным и овощным блюдам в свежем или сушёном виде и при консер- вировании. Растение употребляют также для приготовления ликёров, наливок, пу- дингов, колбас, ароматизации уксуса и чая. Из надземной части цветущего рас- тения добывают эфирное масло. Порошок из сухих листьев входит в состав переч- ных смесей. Мак самосейка Мак самосейка (лат. Papaver rhoeas) — однолетнее травянистое растение, вид
рода Мак (Papaver) семейства Маковые (Papaveraceae). Другие названия: мак полевой, мак дикий, огненный цветок. Мак самосейка распространён в Северной Африке, в Западной Азии, на Кавказе, на Индийском субконтиненте, в Северной, Центральной, Восточной и Южной Евро- пе. В России обыкновенно встречается в Европейской части (кроме тайги) и на Се- верном Кавказе. Занесён и натурализовался в Северной Америке и на Азорских островах. Растёт на пашнях и залежных землях, у дорог, иногда на каменистых склонах. В южных районах России — злостный сорняк, в массе заселяет паровые поля, затеняя и угнетая посевы. Мак самосейка — травянистое однолетнее, реже двулетнее ветвистое растение, достигает в высоту 30—80 см. Стебель, листья, цветоножки и бутоны — грубоволосистые, покрыты жёсткими горизонтально оттопыренными щетинками. Корневая система стержневая. Листья — крупные, очерёдные, серо-зелёные, перисто-раздельные или перисто- рассечённые, стеблевые — трёхраздельные. Сегменты листьев удлинённые, ланцет- ные, по краям часто пильчато-зубчатые. Стеблевые листья трёхраздельные с пе- ристо-надрезанными удлинёнными крупными сегментами. Цветоножки длинные, крепкие. Бутоны длиной до 2,5 см, овально- продолговатые . Цветки — красного, пурпурного, белого или розового цвета, с четырьмя овальными или округлыми лепестками до 6 см шириной и тёмным, почти чёрным пятном у основания лепестков или без него, достигают в диаметре 5—7 см. Тычинки многочисленные, нити тычинок тонкие, чёрного или красного цвета; пыльники продолговатые. Цветёт с апреля по июль.
Плод — почти шаровидная или широкообратнояйцевидная, голая коробочка длиной до 2,2 см, при основании резко суженная в тонкую ножку, малоребристая; диск плоский, плёнчатый, зубцы его соприкасающиеся; лучи низкие, в числе 5—18, ча- ще 8—10. Плоды созревают в августе — сентябре. Семян очень много — до 20—50 тысяч. Семена сохраняют всхожесть несколько лет. Цветки содержат алкалоид реадин и немного морфина, пигмент антоцианидин. Зрелые семена алкалоидов не содержат. Ядовито всё растение и в особенности коробочки до их созревания. В качестве лекарственного растения мак самосейка употреблялся уже в Древнем Египте за 1100 лет до нашей эры; прекрасно сохранившиеся цветки хранятся в музее в Каире. В настоящее время в научной медицине не используется. В народ- ной медицине применяют чай из лепестков растения для облегчения приступов кашля, а также при состоянии беспокойства у маленьких детей. Отвар на молоке употребляют при кори и болезнях мочевого пузыря, а также при дизентерии и по- носах у детей, с мёдом — против усиленной потливости. Настой употребляют при различного рода болях, а также как снотворное. Высушенные лепестки, содержащие пигмент, могут использоваться для подкраши- вания сиропов и вин. Молодые листья имеют острый запах и терпкий вкус. Вместе с молодыми весен- ними побегами употреблялись в пищу в виде салатов, супов, пюре и пасты. Мальва лесная Мальва лесная, или Просвирник лесной (лат. Malva sylvestris) — растение се- мейства Мальвовые, вид рода Мальва.
Ареал вида включает в себя южную половину европейской части России, Крым, Кавказ, Среднюю Азию, Западную Европу, Северную Африку, Малую Азию, Северо- Западную Индию. Произрастает в зарослях кустарников, светлых лесах, парках, садах, пусты- нях, сорное в хлебах, по окраинам полей, дорог, у заборов, в Средней Азии за- ходит в саксаульники. Это двулетнее травянистое растение высотой 30-120 см. Стебель прямой, в ос- новном ветвистый, обычно покрыт рассеянными волосками. Листья на длинных черешках, по краям хюродчато-зубчатые, с округлыми пяти— семилопастными пластинками. Прилистники ланцетовидные, бледно-зелёные, по кра- ям длиннореснитчатые. Цветков обычно несколько (иногда один). Они находятся в пазухах листьев. Подчашие состоит из продолговато-овальных листочков, по краям реснитчатых. Чашечка почти до середины разделена на треугольные доли, вблизи плодов не- сколько разрастается. Венчик розового цвета. Он в 3-4 раза больше чашечки, лепестки длиной до 2,5 см, обратнояйцевидные, глубоковыемчатые. Плоды составные, состоящие из 10-13 голых, на спинках сетчато-морщинистых плодиков. Анализ молодых листьев без жилок, показал содержание в процентах к абсолют- но сухому весу: глюкозы 0,44, фруктозы 0,79, фракц. сахарозы 1,10, а всего Сахаров 2,25. Содержание витамина С около 0,12% на сырой вес и каротина 12,4 мг%, или 51,1 мг% на абсолютно сухой вес. В семенах содержится жирное масло жёлтого цвета, выход его от 10 до 18%, его йодное число 110,7, кислотное чис- ло 4,83, число омыления 190. Известен с глубокой древности, культивировался в садах и огородах у древних греков и римлян как лекарственное и пищевое растение. Как лекарственное рас- тение было известно еще Гиппократу и Галену и ценилось ради богатого содержа- ния слизи во всех частях растения. До сих пор целебные свойства данного вида применяются для тех же целей в народной и отчасти в официальной медицине, как и в античное время. При надоедливом сухом кашле и катарах рекомендуется пить настой из цветов лесной мальвы (30-60 г на 1 л кипятка). Настой можно дополнить цветами гречи- хи, мать-и-мачехи, дикого мака (все в равных долях). 50 г смеси трав залить 1 л кипятка и настаивать в тепле целую ночь. Выпить как чай за день в 5-6 прие- мов . Как пищевое растение этот просвирник использовался еще древними египтянами, греками и римлянами, на Кавказе до сих пор составляет лакомое блюдо. Его употребляют как салат или шпинат в сыром и отваренном виде; в виде листьев или молодых побегов, а иногда и корней, входит в состав винегретов. Цветками окрашивают шерсть в черно-синий или серый цвет, синевато- фиолетовый или также серый (по алюминиевой протраве) и темно-фиолетовый (по оловянной протраве). Цветы служат красителем для разных напитков, уксуса, придания более густой окраски некоторым сортам красных вин. Красящие свойства объясняются присутствием в лепестках глюкозида мальвина и диглюкозида мальви- дина. Маргаритка многолетняя Маргаритка многолетняя (лат. Bellis perennis) — многолетнее травянистое растение, вид рода Маргаритка семейства Астровые. Естественный ареал — Северная Африка, Передняя и Центральная Азия, Закавка- зье, Северная, Западная, Восточная и Южная Европа. Занесена и прижилась повсюду в мире в зоне умеренного климата.
В Европейской части России встречается одичавшей. Растёт по полям и лугам, на месте бывших усадеб и пашен, в пригородных ле- сах и парках. Маргаритка многолетняя — многолетнее травянистое растение, культивируется как двулетнее, достигает в высоту 10—30 см. Корневище короткое. Листья — продолговато-яйцевидные или яйцевидно-лопатчатые, по краям зубча- тые, волосисто- или железисто-опушённые; образуют прикорневую розетку. Сте- бель безлистный. Соцветия — одиночные корзинки с крупными ложноязычковыми или трубчатыми цветками по краям соцветия и мелкими обоеполыми трубчатыми жёлто-оранжевого цвета в центре. Краевые цветки женские, бывают белого, розового или красного цвета. Соцветия расположены на многочисленных цветоносах и достигают 3—8 см в диаметре. Цветёт весной, в начале лета и иногда на протяжении всего лета и осени. Плод — семянка до 0,5 мм длиной, жёлтого цвета. Семена созревают в июне. Химический состав маргаритки многолетней изучен не до конца, но в его осно- ве выделяются инулин, сапонины и флавоноиды. Растение содержит комплекс по- лезных биологически активных веществ. Основные компоненты: ■ Углеводы и полисахариды: инулин (запасное вещество), слизистые вещества. ■ Гликозиды и сапонины: тритерпеноиды и специфические беллиссапонины, обыч- ные сапонины.
■ Витамины: аскорбиновая кислота (витамин С). ■ Органические соединения: горькие вещества, дубильные вещества, эфирное масло (в небольшом количестве), органические кислоты (яблочная, винная, щавелевая), флавоноиды, смолы и минеральные соли. Официальная фармакопея растение не использует. Препараты на основе марга- ритки противопоказаны при индивидуальной аллергической реакции, а также во время беременности. Перед применением необходима консультация специалиста. Многолетняя маргаритка применяется в народной и гомеопатической медицине как противовоспалительное, отхаркивающее и ранозаживляющее средство. В лекар- ственных целях используют её надземную часть (траву и цветки), собираемые в период активного цветения. Лечебные свойства и применение: ■ Дыхательная система: Настои помогают смягчить кашель при бронхите, облег- чают отхождение мокроты и используются при приступах астмы. ■ Обмен веществ и ЖКТ: Растение применяют для улучшения аппетита, регуляции обмена веществ, а также как мягкое слабительное и желчегонное средство при легких расстройствах печени. ■ Наружное использование: Отвары и примочки используют для лечения кожных воспалений, угрей, фурункулов и для скорейшего заживления мелких ран. ■ Кровоостанавливающее: В некоторых народных рецептах настой травы применя- ется при внутренних кровотечениях. Марена красильная Марена красильная (лат. Rubia tinctorum) — вид рода Марена семейства Маре- новые (Rubiaceae) Исторически известен ряд общеупотребимых русских названий растения: ализа- рин, зеленица, бруск, крап, красильный корень, марина, марзана. Исходный ареал марены красильной — Средиземноморье, Малая и Средняя Азия, Восточная Европа. Как одичавшее растение встречается на юге европейской части России, на Кавказе, местами — натурализовавшееся. Растёт в приречных древесно-кустарниковых зарослях, по берегам оросительных каналов, на галечниках, остепнённых лугах, опушках, в светлых сосновых лесах, в заброшенных садах, виноградниках и вдоль заборов. Марена красильная — теплолюбивое и влаголюбивое растение с длинным вегета- ционным периодом. В засушливые годы развивается слабо, семенная продуктив- ность значительно снижена. Растение нетребовательно к механическому составу почв: растёт на песках, суглинках и солонцах, однако наиболее благоприятными для марены (особенно при выращивании в культуре) являются лёгкие и средние по механическому составу плодородные почвы. Растение с мощным главным корнем, от которого отходят толстые корневища. Корни и корневища покрыты красновато-бурой отслаивающейся корой. Тонкие, лазающие, сильноветвящиеся четырёхгранные стебли марены по рёбрам усажены загнутыми назад колючими шипиками. Побеги начинают расти в середине мая. Листья плотные, жёсткие, светло-зелёные, снизу и по краям с частыми согну- тыми шипиками, ланцетные или эллиптические, до 10 см длиной, до 3 см шириной, сидячие или на коротком крылатом черешке, расположены в мутовках по 2—4—6 шт. Цветки мелкие, звёздчатые, жёлтой окраски, в верхушечных и пазушных полу- зонтиках. Венчик воронковидный, с 4 (5) наверху расходящимися долями отгиба, в 1,5 раза превышающими трубку. Растение цветёт с июня по август.
Плоды — сочные чёрные костянки, 5—9 мм длиной, 1—2-семянные — созревают в августе — ноябре на первом году вегетации. Размножается семенами и вегетативно, в культуре — семенами и отрезками кор- невищ. В корневищах марены красильной содержатся органические кислоты (яблочная, винная, лимонная), тритерпеноиды, антрахиноны, иридоиды, сахара, белки, ас- корбиновая кислота и пектиновые вещества. В надземной части обнаружены углеводы, иридоиды, фенолкарбоновые кислоты и их производные, кумарины, флавоноиды (кверцетин, кемпферол, апигенин, лютео- лин и др.). В листьях — флавоноиды и иридоиды. В цветках — флавоноиды гиперозид и рутин. В качестве лекарственного сырья используют корневище и корень марены кра- сильной (лат. Rhizoma et radix Rubiae), которые собирают в начале вегетации или осенью в фазу плодоношения, тщательно очищают от земли и высушивают. Ис- пользуют для получения сухого экстракта. Препараты из корней марены (настойки, отвары, сухой экстракт и др.) приме- няются в традиционной фитотерапии и современной медицине при заболеваниях по- чек — как нефролитическое средство для уменьшения спазмов и облегчения отхож- дения мелких камней. Считается, что препараты из корней марены наиболее эффективны для устране- ния камней фосфатной и оксалатной природы. Лекарственные препараты: Цистенал. История выращивания марены в первую очередь связана с её применением в ка- честве красящего вещества ярко-красного цвета. Для получения красителей используются корни двулетних растений. В зависимо-
сти от протравки получаются красители разного цвета — красного, розового, пурпурного , оранжевого и коричневого. Экстракты марены, выпускаемые под названием крапп, были наиболее популярны в XIX веке — до начала эры анилиновых красителей. Марена широко используется в Грузии и в Армении в качестве красителя для пасхальных яиц. Марь амброзиевидная Марь амброзиевидная (лат. Dysphania ambrosioid.es, ранее Chenopodium ambrosioides) — травянистое растение; вид рода Дисфания (Dysphania) семейства Амарантовые (Amaranthaceae). До последнего времени в ботанической литературе вид обычно относили к роду Марь (Chenopodium), однако, последними исследова- ниями вид был перенесён в род Дисфания, в связи с чем возможное наименование вида — Дисфания амброзиевидная. Изначальный ареал — Центральная и Южная Америка, в том числе юг Мексики; позже растение распространилось и в некоторых других регионах земного шара. Ныне произрастает также в областях с климатом от тёплого до умеренного: в субтропических областях Европы и США; может считаться инвазивным (то есть «занесённым») сорняком. В России встречается на юге европейской части по сорным местам. Возделыва- лось как лекарственное.
Однолетнее или многолетнее растение со сроком жизни в несколько лет, высо- той до 1,2 м, неправильно ветвящееся. Листорасположение очерёдное. Листья продолговато-ланцетные до 12 см в длину и 2—3 см шириной, покрыты золотисто-жёлтыми сидячими желёзками. Цветки маленькие зелёные, образующие клубочки (верхушечные или пазушные) с прицветниками, в несколько раз превышающими их по длине. Цветки обоеполые и однополые (женские). Цветёт в июне — сентябре. Семена округлые, 0,5—0,7 мм в диаметре, чёрно-бурые, гладкие, блестящие, одетые тонким светло-жёлтым околоплодником. В плодах и особенно околоплодниках содержится эфирное хеноподиевое масло, главным компонентом которого (до 80 %) является аскаридол (выход масла из су- хих соцветий — до 2,3 %, из травянистых частей — до 1 %) . Во всех органах растения содержатся сапонины. Кроме того в масле еще содержится цимол количе- ство которого иногда достигает 44 %. Американцы используют растение при кишечных болезнях в тропиках. Лекарст- венное значение имеет получаемое из растение эфирное хеноподиевое масло (Oleum Chenopodii) — эффективное противоглистное средство при аскаридозе и острицах. Является важным ингредиентом для создания инсектицида «Requiem». Применяется в кулинарии (в основном как приправа для овощей). В мексикан- ской кухне используется во многих блюдах и соусах традиционной мексиканской кухни, в которых эта приправа незаменима. Эфирное масло может применяться в парфюмерии. Me ум атамантовый Меум обыкновенный — многолетнее травянистое пряно-ароматическое, декоратив- ное и лекарственное растение, типовой вид рода Меум семейства Зонтичные. В природе встречается в субальпийском поясе гор Западной и Центральной Ев- ропы, также охватывая регионы Центральной Болгарии и итальянской Калабрии на юге до северной оконечности Шотландии, где был обнаружен в 2000 году. Встре- чается в европейской части России, на Украине (Карпаты. Редкое адвентивное растение в Ленинградской области. Отмечен как инвазивный вид на территории Дании и России. Растёт на лесных полянах, опушках лесов, в зарослях кустарников. Предпочи- тает сухие неокультуренные травянистые сообщества, луга с бурыми почвами ней- тральной или слегка кислой реакции. В Британии в основном встречается на вы- соте менее 300 м над уровнем моря, хотя отдельные популяции обнаружены до 610 м. В центральноевропейских горных регионах ареал произрастания охватывает по- яс от 550 до 2900 м над уровнем моря. Многолетнее травянистое корневищное растение 15—45 (7—60) см высоты, с при- ятным сильным ароматом. Все части растения голые. Стебли прямостоячие, слабо ветвистые, бороздчатые, расставленно облиствен- ные . В нижней части обёрнуты жёсткими волокнистыми остатками листовых череш- ков . Листья в основном в густой прикорневой розетке, в очертании продолговатые, трижды или четырежды перисто-рассечённые, конечные дольки супротивные, очень тонкие, нитевидно-линейные, не более 2—5 мм ширины, раскидистые, направленные во все стороны, насыщено-густо-зелёные. Черешки длинные, не короче листовой пластинки, с крупными влагалищами, пурпурно-розовые. Зонтики сложные, 5 см диаметром, с 3—15 лучами. Листочки обёртки немного- численные , в числе 3—6 штук, узколинейные. Листочки оберточки в числе 4—8 штук, мелкие. Цветки очень мелкие, преимущественно мужские, белые или бело-
розовые. Плод — до 5—7(10) мм длины, сухой, дробный, яйцевидно-продолговатый (про- порции длина: ширина как 2:1), коричневый. В Северном полушарии цветёт в июне-июле. В корнях обнаружено эфирное масло 0,17—0,7 %, полиацетиленовые соединения, фталиды, фенолкарбоновые кислоты и их производные, кумарины (пеуцеданин). Трава содержит эфирное масло 0,88 %, стероиды (бета-ситостерин), высшие али- фатические спирты (цериловыи) . В плодах найдено эфирное масло 0,6—1,7 %, в его составе: изобутилидеидигидрофталид, фенилфталид, бутилфталид, бензилфта- лид, бутилиденфталид, лигустилид, кумарины; жирное масло 18,5 %, в его соста- ве петрозелиновая кислота 83 %. С лечебной целью используются корни и плоды, их отвар в прошлом назначали при атонии кишечника, истерии, аменореях и дисменореях, лихорадках, метеориз- ме . Медуница лекарственная Медуница лекарственная (лат. Pulmonaria officinalis) — вид невысоких много- летних травянистых растений из рода Медуница семейства Бурачниковые (Boraginaceae) . Медуница лекарственная растёт в лесах Центральной и Восточной Европы, на
лугах и в болотистых местах Британских островов. На территории России встре- чается в Калининградской области. Растения этого вида — многолетние травянистые корневищные растения высотой до 30 см. Стебель прямостоячий, покрыт волосками. Листья длиной до 15 см, со светлыми пятнами. Пятна представляют собой силь- но разрыхлённую ткань с большим количеством устьиц. Цветок с двойным околоцветником. Венчик актиноморфный, пятидольный, в нача- ле цветения розово-красный, постепенно становится синим. Растение начинает цвести в марте. Тычинок пять. Столбик цельный, голый, с цельным головчатым рыльцем. Завязь верхняя. Опыление происходит с помощью насекомых. Плод — орешек с мясистыми придатками (ариллусами), привлекающими муравьев. В медунице лекарственной содержатся сапонины и танины. Этот вид медуницы с древних времён использовался в качестве лекарственного растения для лечения лёгочных заболеваний. Такое использование было связано и с так называемой доктриной сигнатур, долгое время применявшейся в фитотерапии (согласно этой доктрине внешний вид растения определяет его полезные свойст- ва, а поскольку листья медуницы лекарственной, покрытые светлыми пятнами, в некоторой степени похожи на человеческие лёгкие, растение использовали для лечения именно лёгочных заболеваний), и с реальными медицинскими свойствами растения (медуница лекарственная содержит сапонины и танины, которые действу- ют как отхаркивающие и смягчающие средства при инфекциях слизистых оболочек). Сейчас в фитотерапии медуница лекарственная не используется, поскольку есть другие, существенно более эффективные растения с аналогичным действием.
Листья медуницы лекарственной добавляют в салаты и супы, они придают блюдам привкус вермута. Мелисса лекарственная Мелисса лекарственная (лат. Melissa officinalis) — многолетнее эфиромас- личное травянистое растение, вид рода Мелисса (Melissa) семейства Яснотковые (Lamiaceae). Прародиной мелиссы называют восточный район Средиземноморья до Персии, об- ласти Чёрного моря и Передней Азии, а также Северную Африку, где её культиви- руют более 2000 лет. В диком виде мелисса распространена в Центральной и Юж- ной Европе, на Балканах, в Иране, Северной Африке, Северной Америке, а также на Украине, Кавказе и в Средней Азии. Мелиссу культивировали в дореволюцион- ной России и СССР. В настоящее время мелисса лекарственная культивируется во многих странах, в том числе в России (Краснодарский край, Самарская область), в Литве. Мелисса лекарственная растёт по опушкам лесов, лесным оврагам, тенистым ущельям, предпочитает глинистые и суглинистые почвы с достаточным увлажнени- ем. По другим источникам, мелисса предпочитает суглинистые и супесчаные, бо- гатые перегноем почвы, тяжёлые, слишком кислые почвы для данного растения со- вершенно непригодны. Многолетнее растение высотой 30—120 см. Корневище сильно ветвится. Стебель разветвлённый, четырёхгранный, опушённый короткими волосками с при-
месью желёзок или почти голый. Листья супротивные, черешковые, яйцевидные до закруглённо-ромбических, го- родчато-пильчатые, опушённые. Цветки собраны в ложные кольца по 6—12; чашечка с нижними шиловидными зуб- цами, длинноволосистая и железистая; венчик синевато-белый или бледно- лиловый. Четыре тычинки, пестик с четырехраздельнои верхней завязью и длинным столбиком. Плод — крупный, состоит из четырёх орешков яйцевидной формы, чёрного цвета, блестящий. Масса 1000 семян — в среднем 0,62 г. Семена сохраняют всхожесть 2- 3 года. Цветёт в июне—августе. Плоды созревают в августе—сентябре. Мелисса менее зимостойка, чем котовник кошачий. Поскольку мелиссу и котов- ник часто путают, важно обратить внимание на внешние отличия. Котовник обра- зует на концах ветвей верхушечные соцветия, а у мелиссы они отсутствуют. Цветки у неё располагаются мутовками в пазухах листьев верхней части стебля. Листья мелиссы светлые, ярко-зелёные, а у котовника они имеют матово- сероватый оттенок. Содержание эфирного масла (ведущая группа биологически активных соединений) в надземных органах растения колеблется в пределах от 0,02 до 0,2 % и лишь в некоторых случаях достигает 0,8 %, причём количество масла определяется гео- графическими и климатическими факторами. По данным чешских учёных, содержание эфирного масла в траве в верхней трети составляет 0,13 %, в верхней и нижней трети при совместном определении 0,08 %, во всей массе травы 0,06 %. Соответ- ственно в листьях тех же образцов диапазон колебания эфирного масла составил 0,39-0,44 %. Наиболее характерными компонентами эфирного масла являются монотерпены — цитраль (гераниаль + нераль), гераниол, нерол, цитронеллол, цитронеллаль. Эфирное масло мелиссы содержит также линалоол, геранилацетат, мирцен, пара- цимол, р-кариофилленоксид, р-кариофиллен и др. терпеноиды, причём в общей сложности выделено и описано более 200 соединений, входящих в состав эфирного масла, из которых за приятный, напоминающий лимонный запах отвечают нераль и гераниаль. По мнению профессора Н. Wagner'а (Мюнхен), их соотношение (3:4), а также наличие 6-метил-5-гептен-2-она являются критериями идентификации мелис- сового масла. Другие авторы выделяют ещё один специфический компонент — р- кариофиллен. Второй группой БАС являются фенилпропаноиды, среди которых наиболее харак- терной является розмариновая кислота. Фенилпропаноиды представлены также эти- ловым эфиром розмариновой кислоты, кофейной кислотой, хлорогеновой кислотой, пара-кумаровой кислотой, феруловой и синаповой кислотами. Методом высокоэф- фективной жидкостной хроматографии установлено, что содержание розмариновой кислоты в листьях мелиссы составляет от 0,54 до 1,79 %. Среди фенольных веществ вклад в антиоксидантную активность могут вносить флавоноиды — апигенин, космосиин, лютеолин, цинарозид, а также рамноцитрин (7-метоксикемпферол) и изокверцитрин (3-глюкозид кверцетина), рамназин (3,7 диметоксикемпферол). Кроме того, в сырье содержатся фенолкарбоновые кислоты — гентизиновая, салициловая, пара-гидроксибензойная, ванилиновая, сиреневая, протокатеховая кислоты, а также дубильные вещества и кумарины. Среди стеринов в растении обнаружен даукостерин, а из сапонинов — урсоловая кислота. Витамины представлены следующими соединениями: Bi, В2, С, р-каротин. В растении содержатся макроэлементы (калий, кальций, магний, железо) и микро- элементы (марганец, медь, цинк, молибден, хром, селен, никель, ванадий). Сырьё, предназначенное для получения эфирного масла, перерабатывают в све- жем состоянии вместе со стеблями. Используют цветущую, надземную массу мелиссы как пряноароматическое и ле-
карственное растение. Седативное средство, обладающее анксиолитическими, антидепрессивными, спаз- молитическими , иммуномодулирующими, противовирусными, антиаллергическими и антимикробными свойствами. Широкий спектр терапевтического действия препара- тов мелиссы лекарственной обусловлен содержанием различных биологически ак- тивных веществ: выраженный седативный эффект описан для цитронеллаля, а спаз- молитические свойства — для гераниола и цитронеллола. Фенилпропаноиды (розма- риновая, кофейная, хлорогеновая и другие гидроксикоричные кислоты) следует рассматривать как БАС, ответственные за противовирусные, иммуномодулирующие, антигистаминные, антиоксидантные и антимикробные свойства субстанций данного растения. Растение рекомендуют как противорвотное для беременных, мочегонное и сред- ство , повышающее аппетит. Показаниями к применению препаратов травы мелиссы лекарственной являются: неврозы, мягкая форма артериальной гипертензии, легкие формы ишемической бо- лезни сердца, тахиаритмии, острые и хронические желудочно-кишечные заболева- ния, дискинезии, дисбактериоз, ферментопатии, метеоризм; острые и хронические воспалительные заболевания органов дыхания (бактериального и вирусного гене- за); экзема, дерматиты, сопровождающиеся зуд трофические язвы, нарушения мен- струального цикла, климактерические расстройства, токсикозы беременности; им- мунодефицитные состояния. Детям, особенно в дошкольном и школьном возрасте, в отличие от взрослых по- казан сравнительно ограниченный набор растений, к числу этих растений отно- сится и мелисса лекарственная, которая рекомендуется для лечения детских нев- розов, артериальной гипертензии, ревматизма, для фитотерапии детей с пороками сердца, для лечения хронических гастритов, холециститов, пиелонефритов, са- харного диабета и ожирения. В фармацевтической промышленности из мелиссы готовят галеновые препараты в виде лекарственных чаев, ароматических вод, отваров, лекарств и для получения эфирного масла, которое высоко ценится в парфюмерии, химико-фармацевтической, ликёро-водочной и пищевой промышленностях. Масло и листья, а также молодые побеги используются равноценно. В Российской Федерации наиболее известны на- стой (из травы и фильтр-пакетов), а также зарубежные препараты: «Ново- пассит», «Персен», «Нервофлукс» и др. Мелисса широко применяется как спазмолитическое средство, регулирующее ра- боту пищеварительного тракта, особенно при метеоризме, как болеутоляющее. Ре- комендуется при мигрени, бессоннице, болезненных менструациях, кожных сыпях. Наружно — в виде припарок и компрессов для лечения фурункулов и полоскания при воспалении дёсен. В народной медицине листья и верхушки побегов с цветками употребляли внутрь при тахикардии, гипертонической болезни, бронхиальной астме, невралгиях, миг- рени, бессоннице, анемии, меланхолии, при перевозбуждении половой функции, альгоменорее и болезненных менструациях, как слабительное и потогонное, при холецистите, атеросклерозе, желчно-каменной болезни, для усиления лактации. В старину в литовских сёлах настой мелиссы с майораном применяли для улучшения памяти. Листья и верхушки побегов применяли наружно при зубной боли, ревма- тизме, ушибах и язвах. Листья и молодые побеги мелиссы, срезанные до цветения, используют в каче- стве пряности с пряным, освежающим лимонным привкусом в европейской и амери- канской кулинариях. В свежем или сушёном виде листья добавляют как пряную приправу к салатам, тёртому сыру, супам, дичи, рыбным блюдам, грибам, а также для отдушки чая, уксуса, ликёров и напитков, при засолке огурцов и помидоров. В Дании мелиссу применяют для консервирования мяса. Для сохранения ароматиче- ского букета не рекомендуется её кипятить.
Мелколепестник канадский Мелколепестник канадский, или кониза канадская (лат. Erigeron canadensis) — однолетнее травянистое растение, вид рода Мелколепестник семейства Сложно- цветные (Compositae). Родина растения — большая часть Канады и США.. В XVII веке завезено в Евро- пу, затем — в Азию, Австралию и Африку, где широко распространилось. В Африке имеется только в субтропических регионах, в Бутане — только в высокогорных частях. Считается инвазивным видом по всей Европе, включая Европейскую часть России. Однолетнее травянистое растение (3)15—150(200) см высотой. Стебель обычно единственный, прямостоячий, зелёный, простой или в верхней части разветвлён- ный, опушён жестковатыми оттопыренными или загнутыми вверх простыми волоска- ми. Листья зелёные, вверх направленные, нижние стеблевые вскоре отмирающие, средние стеблевые 1—12 см длиной и до 1,2 см шириной, линейно-ланцетной фор- мы, длинночерешковые, покрытые жестковатым вверх загнутым многоклеточным опу- шением . Верхние листья прогрессивно уменьшающиеся в размере, линейные. Корзинки собраны в метёлки, 5—8x5—6 мм, с широкояйцевидной обёрткой с 4 ря- дами листочков. Наружные листочки 2 мм длиной, зелёные, ланцетовидные, с еди- ничными вверх загнутыми простыми волосками. Внутренние листочки 3,5—4 мм дли- ной , с бахромчатым краем, голые. Наружные язычковые цветки пестичные, 3—3,8 мм длиной, язычок 1—1,3 мм длиной, линейный, белый, после отцветания сирене- ватый. Срединные цветки трубчатые, обоеполые, 2,5—3 мм длиной, бледно-жёлтые, четырёхзубчатые.
Семянки 1,2—1,5 мм длиной, ланцетовидной формы, бледно-жёлтые, покрытые рассеянным прижатым простым опушением, с однорядным хохолком 2,5—3 мм длиной. Эфирномасличное растение, содержит 0,33—1,72 % эфирных масел. В народной медицине и гомеопатии используется при разного рода кровотечениях, в том чис- ле, маточных и геморроидальных. В форме настоя применяется также и как проти- вовоспалительное средство. Многоножка обыкновенная Многоножка обыкновенная, или Сладкий папоротник (лат. Polypodium vulgare) — вид травянистых папоротников семейства Многоножковые (Polypodiaceae). Распространена в умеренной части Северного полушария (лесная, горно-лесная, субальпийская, горно-тундровая зоны), в ряде мест умеренного пояса Южного по- лушария . В современных условиях встречается почти во всей Европе, за исключением не- которых островов Средиземного моря, в западной Азии, доходя до северо- западного Китая (автономный район Синьцзян) и Бурятии в России. В России растёт в европейской части (Карело-Мурманский, Двинско-Печорский, Ладожско-Ильменский, Верхне-Волжский (редко), Волжско-Камский (восток), Волж- ско-Донской (восток), Причерноморский, Крымский флористические районы), на Кавказе, в Сибири (Обский (редко), Алтайский, Даурский флористические рай- оны) , на Дальнем Востоке (Приморье, Сахалин (юг), Курилы (юг)). Единственный папоротник-эпифит, растущий в Средней России. Растёт в расщелинах скал и на замшелых камнях, каменистых осыпях, под поло- гом леса.
Низкорослый вечнозелёный папоротник с кожистыми, перисто-сложными листьями (по другим источникам листья простые, перисто-раздельные) до 20 см длиной. Корневище ползучее, несколько сплюснутое, достигающее до 40 см в длину и до 7 мм толщиной. Оно покрыто золотисто-коричневыми чешуйками от щетинистой до ланцетной формы, с тупыми или острыми выростами по краям, достигающими 3,5-4 мм в длину. Корневище имеет сладковатый вкус, благодаря которому получило на- родное название «сладкий корень». Листья растут поодиночке в два ряда с верхней стороны корневища. Они имеют длинный черешок (обычно 5-10 см длиной, соломенного цвета, чешуйчатый у осно- вания, голый сверху) и обычно достигают 25-30 см в длину, редко до 40 см и в исключительных случаях до 60 см. Листовая пластинка темно- и ярко-зелёная, редко серовато-зелёная , ланцетной формы (заметно сужающаяся к вершине и слегка к основанию), иногда, особенно у растений из тенистых мест, почти рав- носторонняя. Лист односложно-непарноперистый, перевернутый, несколько кожи- стый, голый, тёмно-зелёный. Сегменты листа, которых обычно 12-15 пар, имеют широкое основание, цельнокрайные или редко, неравномерно и тупо пильчатые, округлые на вершине и редко заострённые. Самые нижние сегменты обычно не на- правлены вверх и не вытянуты. Через отдельные сегменты листа проходят средин- ные жилки, от которых в стороны расходятся боковые жилки, раздваивающиеся до 2-3 раз, со слегка утолщенными, щуплыми окончаниями, не доходящими до краев листовой пластинки. Спорангий собраны из круглых скоплений спор, образующиеся на нижней стороне листовой пластинки, в два ряда на концах верхних ветвей боковых жилок, на не- котором расстоянии от краев пластинки. Парафизы отсутствуют внутри пилеуса. Споры не покрыты обёрткой. Кольцо спор (аннулус) с 10-15 (редко от 8 до 20) утолщенными клетками. Между ними и основанием ствола споры обычно находится одна тонкостенная базальная клетка. Споровая груда изначально зелёная, затем кольцо утолщенных клеток, окружающих споры, становится золотистым (отличи- тельная особенность этого вида), после чего споры становятся жёлтыми и, нако- нец , коричневыми. Споры достигают 55-77 мкм в длину и 45-50 мкм в ширину. Они бледно-жёлтые, бобовидной формы. Стенка споры покрыта продольными сосочками, расположенными рядами по направлению к рубцу на вогнутой стороне. Споры созревают в первой половине лета. Сорусы расположены в два ряда вдоль центральной жилки, первоначально они золотистые, позднее темнеют. Растение содержит тритерпеноиды, стероиды. В корневищах найдены углеводы и родственные соединения (в %) : сахароза 7,62—15,5, глюкоза и фруктоза 4,2, крахмал; органические кислоты (лимонная, яблочная, малоновая), эфирное масло, фенолы и их производные, фенолкарбоновые кислоты (кофейная, хлорогеновая) и их производные; дубильные вещества (2,5—3,7 %) , жирное масло, высшие жирные кислоты (пальмитиновая, олеиновая, линолевая, стеариновая). В надземной части обнаружены катехины, флавоноиды (в том числе рутин). Содержание дубильных ве- ществ в листьях достигает 4,1 %. Растение содержит, среди прочего: экдизоны (до 1% эцидостерона на сухой вес), осладин (стероидный сапонин — соединение в 500 раз слаще сахарозы, при- чем некоторые источники ошибочно приписывают ему сладость в 3000 раз) , хло- роглюцин, эфирное масло, дубильные вещества (4,1% в листьях), гликозиды и фи- тостеролы. Содержание сахарозы в сухом корневище составляет от 7,6 до 8,2% (по некоторым данным, более 15%) , гексозы и пентозы присутствуют в меньшем количестве. Из органических кислот преобладают лимонная и яблочная кислоты. Корневище характеризуется высоким содержанием четырёх- и пятикольцевых три- терпенов. Старые источники часто сообщают также о глицирризине как компоненте корневища, но это не подтверждается более поздними публикациями. Эфирное мае-
ло папоротника содержит: масляную, капроевую, лауриновую и янтарную кислоты, метилсалицилат, эфиры масляной и изовалериановои кислот, жирные кислоты и смолы, глюкозиды и сапонины. Корневище содержит большое количество калия, на- трия, кальция и магния, меньшее количество марганца, алюминия, железа, бария, стронция и следовые количества меди, серебра, никеля и кобальта. В листьях папоротника обнаружены флавонолы: кверцетин, рутин, никотифлорин, а также хлорогеновая кислота и другие. Споры содержат каротиноиды, но не флавоноиды. Корневище папоротника описано как безопасное для использования в медицин- ских и пищевых целях в средних дозах, и не было зарегистрировано никаких не- благоприятных эффектов на здоровье человека, кроме редкой и безвредной сыпи. Это растение также не является токсичным для животных. По другим же сведениям растение ядовито. Корневище папоротника имеет выраженный вкус, по описанию похожий на лакри- цу, со слегка пекущим и слабым послевкусием. Запах описывается как довольно неприятный. Корневища включены в фармакопею Нидерландов, их используют в гомеопатии; в народной медицине применяют как мягчительное, отхаркивающее, анальгезирующее — при головной боли, подагре, гастралгии, артралгиях, ушибах (в виде компрес- сов) ; противовоспалительное, антисептическое, диуретическое, желчегонное (желчегонное действие подтверждено экспериментально), потогонное, слабитель- ное . В Болгарии корневища используют при бронхопневмонии, в Великобритании — при эпилепсии. Эфирное масло, извлекаемое из корневищ, в индийской медицине применяют как слабительное; в ветеринарии — при цистицеркозе у свиней и жвачных животных. Листья используют как отхаркивающее, улучшающее аппетит, при дерматозах; на Кавказе — как противоопухолевое, при артралгиях. Можжевельник казацкий Можжевельник казацкий (лат. Juniperus sabina) — хвойный кустарник, вид рода Можжевельник семейства Кипарисовые. Распространение и среда обитания: Малая Азия, Кавказ, Россия (Урал, Сибирь, Арчединско-Донские пески в Волгоградской области и Приморье), Юго-Восточная Азия, южная и центральная Европа. Леса или рощи в степной зоне, на скалистых горных склонах и песчаных дюнах; доходит от нижнего горного пояса до верхнего (1000—2300 м над уровнем моря), в котором образует заросли. Двудомный стелющийся кустарник высотой 1—1,5 м. Быстро разрастается в шири- ну и образует плотные заросли. Реже встречаются небольшие деревья до 4 м вы- сотой с изогнутыми стволами. Кора красно-коричневая, отслаивающаяся. Побеги содержат эфирное масло, ядовиты. Хвоя двух типов: у молодых растений и на затенённых ветвях игловидная, пря- мостоячая, заострённая, 4—6 мм длиной, сверху — синевато-зелёная, мягкая, с чётко выделяющейся срединной жилкой; у взрослых растений хвоя чешуевидная, расположенная черепитчато. Характерным признаком вида является резкий запах, который издают хвоя и побеги при растирании. Хвоя сохраняется три года. Растение двудомное. Шишкоягоды поникающие, мелкие (5—7 мм), буро-чёрные с сизым налётом, округло-овальные, большей частью двусемянные. Семена созревают осенью и весной следующего года. Засухоустойчив, светолюбив, малотребователен к почве, устойчив к дыму и га- зам, обладает почвозащитными свойствами. Размножается семенами и вегетативно, укоренением ветвей.
Побеги и шишкоягоды содержат гликозиды, сапонины, флавоноиды, дубильные ве- щества и до 17 % сабинола, вызывающего тяжёлые отравления и выкидыши у скота. Токсические свойства можжевельника казацкого ограничивают сферу его тера- певтического применения. Чаще всего растение используют как наружное средст- во . Мазь втирают в корни волос при облысении, смазывают участки тела, пора- жённые чесоткой, паршой, лишаем, настойкой сводят бородавки, порошком присы- пают гнойные язвы. Эссенцию из свежих веточек с листьями используют в гомео- патии при болезнях почек и мочевого пузыря, при странгурии, подагре, болез- ненных менструациях или нарушении их цикла. В побегах содержится 3—5 % эфирного масла. Их используют для предохранения шерстяных изделий от моли. Молочай миндалевидный Молочай миндалевидный, или Молочай миндальный (лат. Euphorbia amygdaloid.es) — многолетнее травянистое растение; вид рода Молочай (Euphorbia) семейства Молочайные (Euphorbiaceae). Распространение: Европа, территория бывшего СССР: Белоруссия, Молдавия, Крым, Украина, Кавказ; Азия: Иран, Турция; Северная Африка: Алжир, Тунис. Растёт в лиственных лесах по опушкам, в зарослях кустарника и на лужайках, также у заборов; до предгорий, особенно на известковой почве. Растение (20)30—70 см высотой с горизонтальным ползучим, деревянистым, вет- вистым, многоглавым корневищем. Стебли прямостоячие или восходящие, двоякие: нецветущие, многочисленные, деревенеющие, густоолиственные, с перезимовывающей верхушечной розеткой, и цветущие, вырастающие из верхушки перезимовавших, внизу и посередине тогда
обнажённых, покрытых рубцами, извитых, одеревеневших нецветущих, круглые, по- лосчатые, редко олиственные, голые или с ржаво-бурым опушением, наверху с че- тырьмя — девятью пазушными цветоносами 2—2,5 см (при плодах 4,5—10 см)длиной. Листья нецветущих стеблей на черешках 5—10 мм длиной, из суженного основа- ния продолговато-обратнояйцевидные или обратнояйцевидные (2,5)3,5—7 (12,5) см длиной, (8)15—3 0(40) мм шириной, цельнокрайные, на конце суживающиеся, острые или туповатые, тонкие, но упругие, тёмно-зелёные, впоследствии почти кожистые и более-менее хрящеватые; листья цветущих стеблей сидячие, обратноланцетовид- ные или обратнояйцевидные, 8—25 мм длиной, 5—13 мм шириной (иногда почти че- шуевидные) , цельнокрайные, на конце закруглённые, тупые, мягкие, желтовато- зелёные, голые или пушистые. Пять-шесть верхушечных цветоносов на конце дваж- ды двураздельные, как и пазушные. Верхушечные цветоносы в числе 5(6), 1,5—5,5 (при плодах до 7) см длиной, как и пазушные — на конце два раза двураздельные; листочки обёртки мелкие, округло-обратнояйцевидные или яйцевидные, 8—10(20) мм длиной, 7—13 мм шири- ной, тупые или слегка выемчатые или слабо заострённые; листочки оберточек по- лукругло-почковидные, 7—14 мм длиной, 13—23(27) мм шириной (ширина в 14—2 раза больше длины), более Ц длины попарно срастающиеся в круглую, слегка во- гнутую пластинку, желтовато-зелёные; бокальчик колокольчатый, 2,5—3 мм длиной и в диаметре, внутри волосистый, с яйцевидными зубчатыми лопастями. Нектарни- ки в числе 4, жёлтые или пурпуровые, двурогие, с взаимно сходящимися острыми рожками, лишь немного длиннее ширины нектарника. Столбики 1,5—2 мм длиной, почти свободные, глубоко двунадрезанные. Плод — приплюснуто-яйцевидный трёхорешник, 3—3,5 мм длиной, 3,5—4 ,5 мм ши- риной, глубоко трёхбороздчатый, голый, мелкоточечный, шероховатый. Семена яй- цевидно-округлые, гладкие, синевато-серые, с небольшим, слегка килевидным, впоследствии почти клювовидным придатком. Цветёт в апреле — начале мая.
Растение содержит циклитолы, дитерпеноиды, лигнаны, флавоноиды. В корнях, стеблях, листьях обнаружен каучук 0,1—0 ,27, 0,1—0 ,17 и 0,7 % соответственно. Трава содержит алкалоиды, семена — жирное масло 22—30 %, жирные кислоты (мас- ляная, олеиновая). С лечебной целью используется трава, сок. Растение обладает сильным слабительным и рвотным действием. Согласно лите- ратурным данным, водный экстракт травы эффективен при лечении саркомы. В Че- хословакии растение применялось как антиканцерогенное. Свежий сок растения во Франции употребляется для удаления бородавок и мозолей. Растение можно использовать для окрашивания шерсти и шёлка в жёлтый и чёр- ный цвета в зависимости от протравы. Молочай острый Молочай острый (лат. Euphorbia esula) — травянистое многолетнее растение; вид рода Молочай семейства Молочайные (Euphorbiaceae). Встречается в Европе; на территории бывшего СССР: Белоруссия, Эстония, Лат- вия, Литва, Молдавия, Европейская часть России, Украина (включая Крым), Кав- каз, Западная Сибирь, Восточная Сибирь, Средняя Азия (Казахстан, Киргизия, Таджикистан, Туркменистан, Узбекистан); в большей части Азии: Афганистан, Иран, Ирак, Турция, Монголия, Китай, Корея; в Северной Америке (как занос- ное) : США, Канада; Южной Америке (как заносное) : юг и на Гавайских островах (как заносное). Растёт на лугах, в светлых лесах, по галечным и песчаным берегам рек, по обочинам дорог и в посевах, особенно на суглинистой почве.
Растения 30-80 см высотой, голые или иногда опушённые, сизоватые. Корень ползучий, тонкоцилиндрический, ветвистый, с длинными отпрысками. Корневая система распространяется от основания растения на глубину до 8 м и вдоль поверхности почвы до 5 м, давая при этом многочисленные побеги. Стебли прямостоячие, круглые, полосчатые, голые, наверху с 1-23 тонкими, часто изогнутыми, пазушными цветоносами 1,5-7,5 см длиной, ниже с густо обли- ственными, впоследствии удлиняющимися нецветущими ветвями. Низовые листья сухо-плёнчатые, чешуевидные, стеблевые сидячие или едва че- решчатые, из постепенно сужающегося основания узко-обратно-ланцетовидные, 2-7 см длиной, наиболее широкие в верхней трети, 2-8(13) мм шириной (длина боль- шей частью в 7-12 раз превышает ширину), тупые или часто от едва выступающей срединной жилки коротко-остроконечные, цельнокрайные, со слегка изогнутым, иногда густо-волнистым краем, листья у верхушки часто зазубренные, мягкие, последствие торчащие, голые, сверху тускло-зелёные, снизу голубоватые, нижние горизонтально отстоящие или даже вниз отогнутые, нередко на коротких череш- ках, верхние вверх направленные, на нецветущих ветвях 7-20 мм длиной и 2-2,5 мм шириной. Верхушечные цветоносы в числе (6)8—13(14), 1,5—6 см длиной, как и пазушные — простые или на конце один или два раза двураздельные. Листочки обёртки ли- нейно-ланцетовидные или продолговато-яйцевидные, лишь изредка вполне подобные стеблевым листьям, 1-3 см длиной, 1,5-3,5 мм шириной (длина в 3—9 раз превы- шает ширину), заострённые; листочки оберточек по два, из усечённого или широ- кояйцевидного основания ромбически-яйцевидные или треугольно-почковидные (ши- рина больше длины чаще всего в 14 раза, редко больше — до 2 раз, нижние 5—9 мм длиной и 8—17 мм шириной), коротко заострённые; бокальчик колокольчатый, 2-2,5 мм длиной и в диаметре, с короткими, усечёнными, бахромчатыми лопастя- ми. Нектарники жёлтые или зелёные, впоследствии буреющие, коротко-двурогие, часто почти безрогие. Столбики 1-1,5 мм длиной, внизу примерно на 1^6 длины сросшиеся, наверху на 1^3 рассечённые. Плод — яйцевидный трёхорешник, 2,5-3,5 мм длиной, 2,8-3,8 мм шириной, глу- боко -трёхбороздчатый, голый, с округлёнными, на спинке слегка морщинисто- бугорчатыми лопастями. Семена 2-2,3 мм длиной, 1,8 мм шириной, яйцевидные, жёлто-бурые, гладкие, с хорошо заметной жёлтой, почковидной карункулой. Семе- на высокой всхожести и сохраняют жизнеспособность в почве до семи лет. Семен- ные коробочки лопаются, и семена разбрасываются на расстояние до 5 м от само- го растения, в дикой природе они могут далее разносится водой. В наземной части содержатся кумарины, флавоноиды: кверцетин, рутин, гиперин и кверцимеритрин. Молочай острый находит применение в народной медицине при лечении доброка- чественных и злокачественных новообразований. Мазь из корней молочая острого применяют при наружных опухолях. Млечным соком растения наружно удаляют боро- давки и мозоли, а в смеси с серой лечат лейшманиозы и чесотки. Спиртовой экс- тракт травы имеет антилейкемическую активность. В Монголии в народной медицине корень молочая двуцветного «Алаг суут увс» употребляется как слабительное средство при различных болезнях. Народные ле- кари отмечали, что такие заболевания как эхинококк печени, кисту и венериче- скую болезнь можно вылечить этим растением. В Западной Сибири молочай двуцветный используется внутрь при самых разнооб- разных заболеваниях: как кровоочистительное, при воспалении лёгких, опухолях, язвенной болезни, как тонизирующее, при тяжёлых общих заболеваниях, приписы- вая ему действие, подобное женьшеню, но считается предпочтительным для удале- ния бородавок и мозолей. В Германии корень молочая острого употребляется в качестве слабительного средства.
Мордовник обыкновенный Мордовник обыкновенный (лат. Echinops ritro) — вид растений рода Мордовник (Echinops) семейства Астровые (Asteraceae). Природный ареал охватывает юг Европы (от Австрии, Чехии и Словакии на севе- ре до Испании, Италии и Балкан на юге) и часть Восточной Европы, азиатскую часть Турции. Встречается в Туркменистане и китайском Синьцзян-Уйгурском ав- тономном районе. В России мордовник обыкновенный распространён на юге европейской части (Се- верный Кавказ) и в Западной Сибири. В центральной части России — в чернозём- ной полосе, севернее — редкое заносное на выходах известняков. Растёт по степям и сухим лугам. Часто приурочен к выходам мела и известня- ка. Многолетнее травянистое растение высотой до 1м, в среднем 30—80 см. Корень стержневой маловетвистый, толстый. Стебель простой или несколько ветвящийся в верхней части, беловойлочный. Листья очерёдные, длиной 6—20 см, сверху голые или слегка паутинистые, тём- но-зелёные , снизу беловойлочные, продолговатые, глубоко-перисто-раздельные. Нижние стеблевые и прикорневые листья черешковые, остальные сидячие, посте- пенно уменьшающиеся к верхушке стебля. Доли листьев продолговато-яйцевидные, ланцетные или линейные, острые, колючепильчатые по краю. Цветки трубчатые, длиной 2 см, представляют собой одноцветковую корзинку, имеют многорядную обёртку, состоящую из трёх типов листочков. Наружные лис- точки обёртки щетиновидные, короче внутренних. Средние почти равны наружным, имеют вид листочков, ромбических на верхушке и суженных к основанию в длинный черешок. Внутренние — ланцетные, по килю голые, заострённые, реснитчатые по краям, равные по длине трубке венчика. Чашечка в виде хохолка из коротких ще- тинок . Венчик синий, трубчатый, более чем наполовину рассечённый. Тычинок пять, пыльники синие. Пестик с нижней одногнёздной волосистой завязью, длин- ным до половины раздвоенным столбиком и отогнутым книзу рыльцем. Цветки соб- раны в крупную шаровидную многоцветковую (до 200 цветков) головку 2,5(3)—4(5) см диаметром, лишённую общей обёртки. Головки расположены одиночно на концах стебля и ветвей. Цветёт в июле — августе. Плоды — суженные книзу цилиндрические семянки длиной 7—9 мм с прижатыми
вверх волосками. Семянки снабжены хохолком из щетинок. Плоды созревают в ав- густе — сентябре. Плоды содержат алкалоиды: а- и р-эхинопсин (до 1,5—2,0 % в семенах) и эхи- нопсеин; жирное масло (до 28 %). Лекарственные средства из плодов мордовника обыкновенного, содержащие эхи- нопсин, используют при заболеваниях центральной нервной системы: парезах, плекситах, радикулитах и гипотонии. «Эхинопсина нитрат» применялся как тони- зирующее средство (аналог стрихнина нитрата). Морозник красноватый Морозник красноватый, или Морозник краснеющий (лат. Helleborus purpurascens) — вид двудольных цветковых растений, включённый в род Морозник (Helleborus) семейства Лютиковые (Ranunculaceae). Морозник красноватый родом из Восточной Европы, произрастает в буковых, грабовых, дубовых, чаще разреженных лесах и в зарослях кустарников, разрас- тающихся после вырубки леса, в западной части Украины (на Карпатах и в Закар- патье) . Поднимается в горы до верхней границы леса. При выращивании в садах часто дичает, легко распространяясь. Выдерживает значительное затенение, но предпочитает хорошо освещенные скло- ны . К почвам нетребователен. Иногда господствует в травяном покрове. Морозник красноватый — многолетнее травянистое растение с коротким горизон- тальным корневищем.
Прикорневые листья с длинными черешками, кожистые, в количестве двух, не перезимовывающие, разделённые на пять-семь продолговатых (10—15 см) листоч- ков, каждый из которых, в свою очередь, 2—5-лопастный примерно до середины, по осевой жилке с нижней стороны, а иногда и по всей нижней поверхности опу- шённые. Цветоносный стебель до 35 см в высоту, листья на цветоносе значитель- но короче, чем розеточные. Цветки на стебле правильные, одиночные или по два—три. Околоцветник цветка 4—7 см в диаметре, разделён на пять крупных долей фиолетово-сиреневого или красновато-зеленоватого цвета. Лепестки многочисленные, мелкие, зеленовато- жёлтые , в виде трубчатых нектарников. Столбики пурпурные. Многолистовка из кожистых сросшихся в основании листовок, в каждой из кото- рых содержится по нескольку семян. Семена цилиндрические, бороздчатые, бле- стящие, черно-коричневые, 4—5x1г8—2,2 см. Цветёт в феврале — марте. Корни морозника используются в медицине и ветеринарии. В корневищах и кор- нях содержатся гликозиды, в том числе 0,1% корельборина, действующего на сердце подобно строфантину. Препарат «Корельборин» применяли при хронической недостаточности сердца, сердечной декомпенсации второй и третьей степени. Морошка приземистая Морошка приземистая, или морошка (лат. Rubus chamaemorus) — вид многолетних травянистых растений рода Рубус (Rubus) семейства Розовые (Rosaceae). Морошка произрастает в северном полушарии от 78°N до примерно 55°N. В очень редких случаях встречается вплоть до 44°N, в основном в горных районах. Встречается на торфяных болотах, в заболоченных лесах, моховых и кустарни- ковых тундрах в арктической и северной лесной полосе северного полушария, в средней полосе европейской части России, в Белоруссии, Сибири, на Дальнем Востоке. Иногда культивируется. 9$Р
Травянистое или полукустарниковое растение высотой до 30 см, с ползучим корневищем. Стебли тонкие, прямостоячие, с двумя — тремя листьями и одним верхушечным цветком с белыми лепестками. Листья морщинистые округло-почковидные, пятилопастные, по краю неровно- городчатые. Цветки однополые, одиночные, белые. Тычиночные и пестичные цветки находятся на разных растениях, мужские цветки несколько крупнее. Чашелистиков и лепест- ков по пять; тычинки и пестики многочисленные. Цветёт в июне — июле, а через 40-45 дней созревают ягоды. Плод — сборная костянка диаметром 1,5 см, по форме напоминает плоды малины, но отличается особым запахом и вкусом. Незрелые ягоды — желто-красные, с не- которой «скрипучестью», плотные, а зрелые — оранжевого цвета, почти прозрач- ные , напоминают чистый яркий янтарь. Собирают плоды в июле — августе, корни заготавливают глубокой осенью. В зрелых ягодах содержатся сахара (6 %), белки (0,8 %), клетчатка (3,8 %), органические кислоты: яблочная, лимонная — (0,8 %) ; витамины С (30—200 мг) , В (0,02 мг), РР (0,15 %), А; минеральные вещества: много калия, фосфор, железо, кобальт, антоцианы, дубильные и пектиновые вещества. Морошка помогает при лечении незаживающих ран. При этом применяют ягоды и другие части растения: листья, корни, чашелистики (они же кукли ). Водный настой куклей (сушеных чашелистиков) используется в качестве проти- вокашлевого средства. Морошка — источник полезных веществ; так, витамина С в морошке в 4 раза больше, чем в апельсинах. Плоды с хорошим вкусом, употребляются в разнообразных видах (свежем, в виде варенья, сока, повидла, джема, компота). Долго хранится в мочёном виде. В Финляндии и Швеции выпускается морошковый ликёр, популярный среди иностранных туристов. Морской лук Морской лук, или Дримия приморская (лат. Drimia maritima) — многолетнее травянистое луковичное растение; вид рода Дримия (Drimia) подсемейства Про- лесковые (Scilloideae) семейства Спаржевые (Asparagaceae). Родина — страны Средиземноморья от Канарских островов до побережья Израиля. Растёт на берегу моря. Культивируется на Черноморском побережье Кавказа и в Закавказье. Морской лук — многолетнее травянистое растение с крупной луковицей. Корни мочковатые, толстые, отходят от донца луковицы. Луковицы крупные, мя- систые, грушевидные или шаровидные, массой около двух килограммов, а к десяти годам они могут достигать пяти и более килограммов. Луковицы снаружи покрыты красновато-коричневыми, белыми или желтоватыми чешуями. Внутренние чешуи лу- ковиц слизисто-мясистые, сочные, они обладают специфическим за пахом. Листья тёмно-зелёные, гладкие, плотные, ремневидные, с заострённой верхуш- кой, длиной 40—70 см. С июня до августа у морского лука наступает период покоя, а вегетационный период проходит с сентября по май. В конце вегетации листья начинают усыхать от вершины к основанию. Цветёт морской лук до появления листьев в июле — августе. Его безлистная цветущая стрелка достигает в высоту 100—150 см. Цветки собраны в кисть. Плод — коробочка. Семена созревают в сентябре — октябре.
Луковицы белой разновидности содержат буфадиенолиды, главный — биозид сцил- ларен А, производное сцилларенина, сапонины и другие вещества. В них также содержится значительное количество дубильных веществ, оксалата кальция, слизи — синистрина (до 30 %) и Сахаров (до 20 %) . Луковицы красной разновидности содержат, кроме того, производные сциллирозидина. Препараты морского лука используется как в официальной, так и в народной медицине, а также в гомеопатии. Настой, порошок луковиц обладает слабительным и мочегонным действием, его издавна применяли для лечения водянки. Фармацев- тическая промышленность выпускает препарат «Сцилларен», который может быть в виде раствора, таблеток, суппозиториев. Его применяют в кардиологии. Морской лук является также эффективным дератизационным средством. Для этой цели используют преимущественно красную разновидность. Морской лук для чело- века и домашних животных почти безвреден. Мухомор красный Мухомор красный (лат. Amanita muscaria) — гриб рода Мухомор, или Аманита (Amanita) семейства Мухоморовые (Agaricaceae). Мухомор красный — космополит, встречающийся на всех континентах кроме Ан- тарктиды . В Австралии и Новой Зеландии — инвазивный вид. Обычный гриб в лесах умеренного климата Северного полушария, в горах встречается до верхней грани- цы леса. В России распространён повсеместно.
Шляпка диаметром от 5 до 20 см. Форма вначале полусферическая, затем рас- крывается до плоской и вогнутой. Кожица ярко-красная, различной густоты цве- та, блестящая, усеяна белыми бородавчатыми хлопьями. Мякоть белая, под кожицей светло-оранжевая или светло-жёлтая, с лёгким за- пахом . Пластинки шириной 0,8—1,2 см, белые или кремовые, частые, свободные, имеют- ся многочисленные промежуточные пластиночки. Ножка цилиндрическая, высотой 8—20 и диаметром 1—2,5 см, белая или желтова- тая, с клубневидно-утолщённым основанием, у зрелых грибов полая. Присутствуют остатки покрывал. Хлопья на кожице шляпки ватные, белые, могут отпадать. Плёнчатое кольцо в верхней части ножки, свисающее, устойчивое, края часто неровные, верхняя поверхность иногда слегка рубчатая. Влагалище прирос- шее, многослойное, очень хрупкое, имеет вид нескольких колец из беловатых бо- родавок возле основания ножки. Споровый порошок беловатый, споры 9x6,5 мкм, эллипсоидальные, гладкие. Плодовое тело гриба содержит ряд токсичных соединений, некоторые из которых обладают психотропным эффектом. Иботеновая кислота — в ходе сушки декарбоксилируется в мусцимол (но не до конца). Иботеновая кислота и её метаболит — мусцимол хорошо проникают через ГЭБ и действуют как диссоциативы. Иботеновая кислота и мусцимол структурно подобны и по строению близки к двум важным медиаторам центральной нервной системы: глутаминовой кислоте и ГАМК, соответственно. Иботеновая кислота ней- ротоксична, вызывает гибель клеток головного мозга. Мускарин, выделенный в 1869 году, длительное время считался активным психо- тропным веществом в Amanita muscaria, пока в середине XX века английские ис- следователи, а также группа из Японии и Швейцарии доказали, что психотропные эффекты мухомора вызываются преимущественно иботеновой кислотой и мусцимолом. Мускарин, действуя подобно ацетилхолину, стимулирует М-холинорецепторы, вызы- вая расширение сосудов и уменьшение сердечного выброса, и при достаточно большом поступлении в организм может вызвать характерную картину отравления, включающую такие симптомы, как тошнота, рвота, слюнотечение, усиленное пото- отделение, снижение артериального давления. В тяжёлых случаях у больных может наблюдаться удушье вследствие отёка лёгких (смешанного вазо- и кардиогенного) и спазма мелких бронхов, судороги, в крайне тяжёлых — асистолия, потеря соз-
нания и смерть. Мусцимол — основное психоактивное вещество. Обладает седативно- гипнотическим, диссоциативным эффектом. Мусказон — продукт распада иботеновой кислоты под воздействием ультрафиоле- тового излучения (солнечного света). Изначальное содержание в плодовом теле невелико. В сравнении с остальными действующими компонентами мухомора облада- ет незначительным психоактивным действием. Летальный исход при отравлении красным мухомором наступает редко, так как иботеновая кислота вызывает сильную рвоту, что препятствует дальнейшему ус- воению ядовитых веществ. Вероятность перепутать мухомор с каким-либо другим грибом крайне невелика, ведь яркая окраска и пластинчатость позволяет легко отличить мухомор от съедобных грибов. Смертельная доза красного мухомора для человека — примерно 15 шляпок, то есть около килограмма. Благодаря психоактивным свойствам веществ, входящих в состав мухоморов, он издавна использовался у многих народов при религиозных церемониях. Во многих литературных источниках, обработанных Р. Г. Уоссоном и соавторами указывает- ся, что мухомор употреблялся всеми народами севера и востока Сибири, посколь- ку был единственным известным хмельным средством. Чилтон отмечает, что дейст- вие красного мухомора сходно с сильным опьянением: чередуются приступы смеха и гнева, появляются галлюцинации с изменением очертаний и удвоением предме- тов, цветовые видения и слуховые галлюцинации. Затем следует потеря сознания и летаргический сон, сопровождающийся амнезией. Токсические и психоактивные вещества хорошо растворяются в горячей воде, и употребление грибов, отваренных в нескольких водах, приводит к менее сильному отравлению, однако содержание ядов в плодовых телах может сильно варьировать- ся, что делает употребление мухоморов в пищу опасным. По меньшей мере, с XIII века известны токсические свойства мухомора по от- ношению к некоторым насекомым. Это, во-первых, дало грибу характерное назва- ние, и, во-вторых, позволяло долгое время использовать его настой как средст- во от насекомых. Вопреки распространённому убеждению, мухи умирают не из-за воздействия ве- ществ , содержащихся в мухоморе. В лесу шляпка взрослого мухомора становится вогнутой, и в ней скапливается дождевая вода. В этой воде хорошо растворяются алкалоиды мухомора, и мухи, напившись этой воды, через несколько минут впада- ют в сон и попросту тонут в воде. То же самое происходит, когда мухомор кла- дут в блюдце с водой в помещении. Если же заснувшую муху незамедлительно пе- реложить на сухую поверхность, то по прошествии 10—12 часов она просыпается и улетает.
Разное .6 УПРАВЛЯЕМЫЕ РЕЗИСТОРЫ Если попытаться вспомнить, те транзисторы, с которыми вам приходилось иметь когда-либо дело, например, полевые, то, наверняка, вы вспомните, что у тран- зисторов есть такая характеристика, как напряжение полного открытия. И, если мы дальше будем пытаться вспоминать, что мы знаем об этом вопросе, то мы вспомним, что полевые транзисторы открываются и начинают пропускать ток, при создании между затвором и истоком определённого уровня напряжения, где при этом, такое открытие происходит не резко, а начинается с определенно- го уровня, где сначала, при малом напряжении, сопротивление относительно большое, а затем, с его ростом, до уровня, определённого производителем (и считающимся рабочим) оно падает до минимально возможного. Например, возьмём любой транзистор, хотя бы даже вот этот (не лучший при- мер, но всё же; более подходящий рассмотрим ниже) — UMW 100N03A1, где если мы перелистнём даташит по ссылке на вторую страницу, до таблицы «On Characteristics», то мы там увидим ровно то же самое, что дано в классическом определении полевых транзисторов: во время заводского тестирования, результа- ты тестов показали, что при подаче напряжения в 4,5 в на затвор транзистора, типовое сопротивление канала составило 6,4 мОм, а максимальное (т.е. худший случай) — 7,9 мОм. Тогда как при подаче 10 В — сопротивление в типовом случае упало уже до 3,8 мОм, а в максимальном составило 4,9 мОм. ON CHARACTERISTICS Parameter Gate Threshold Voltage Drain-Source On-State Resistance Symbol VGS(TH) RD^ONII Conditions Vds=Vgs.Ids=250uA Vgs=10V,Ids=30A Vgs=4.5V,Ids=20A Min. 1.0 - - Тур. 1.7 38 64 Max. 2.5 49 79 Unit V mO 1 https://static.chipdip.ru/lib/303/DOC021303755.pdf
Другими словами, мы видим, что даже в случае такого, не особо подходящего транзистора (если бы мы его хотели использовать в качестве сопротивления; так как позволяет регулировать сопротивление в очень маленьких рамках) — сущест- вует некоторый диапазон управляющих напряжений, подавая которые на затвор, мы можем получить в типовом случае диапазон сопротивлений от 3,8 до 6,4 мОм (ма- ленький , можно сказать, так себе, но, тоже возможность такая есть!). Тем не менее, есть и гораздо более интересные варианты! В процессе поисков я тут нашёл достаточно любопытную старенькую статью2 в pdf от компании Siliconix, где они разбирают возможность использования поле- вых транзисторов с р-n переходом (JFET) — в качестве резисторов, управляемых напряжением. Насколько я их понимаю, ситуация (согласно им) следующая... В статье приводится график, на котором показано, как меняется пропускная способность по току, канала (сток-исток) в зависимости от разного приложенно- го напряжения между затвором и истоком: VdS = Vgs ~ Vosfoff)" Region 1 / Locus Curve Vds ~~ Drain-Source Voltage (V) На этом же графике мы можем видеть вертикальную пунктирную линию, на кото- рой обозначена, точка IDSS — это нулевая точка разницы потенциалов затвор- исток, благодаря чему в этой точке обеспечивается максимальная пропускная способность по току и минимальное сопротивление канала сток-исток. Насколько я понимаю, они здесь говорят об n-канальном транзисторе и, соот- ветственно, управлении им с помощью отрицательной полярности на затворе — по- этому нулевая точка находится относительно высоко, и, уход во всё более отри- цательную величину — подразумевает опускание вниз, собственно, именно поэто- му, на графике показаны несколько кривых, находящихся друг над другом: попро- сту говоря, они подразумевают разные наблюдаемые картины, при разных величи- нах разницы потенциалов между затвором и истоком: 0, -1,5 В, -2,5 В, -3,0 В: 2 https://www.interfet.com/jfet-datasheets/siliconix-anl05.pdf
vGs = о v -"> 5 -3.0 V Как они там отмечают, если посмотреть на первую картинку выше, то на ней есть две зоны, помеченные как «Region 1» и «Region 2» — подразумевается, что в обычном режиме, для большинства применений, происходит использование тран- зистора в зоне «Region 2», тогда как, существует ещё и возможность его работы в зоне «Region 1», где его можно использовать в качестве сопротивления. При этом, обращается внимание на тот факт, что если мы будем рассматривать «Region 1», то заметим, что для каждого конкретного значения напряжения на затворе (буду говорить дальше так, чтобы долго не расписывать про «разницу потенциалов между...») , и каждого конкретного напряжения на канале сток-исток — кривая выглядит относительно постоянной — по сути, это просто точка на кри- вой. Однако, всё меняется, если напряжение на канале сток-исток начинает изме- няться: видно, что при любом конкретном значении на затворе (т.е. если умо- зрительно установить точку на вертикальный пунктирной линии) — при изменении напряжения сток-исток — сопротивление канала начинает гулять и линии изгиба- ются к началу координат, изменяясь по некоторому закону — то есть, происходит нелинейное изменение. Какие из этого мы можем для себя вынести выводы: 1. Напряжение на канале сток-исток должно быть достаточно маленьким, чтобы мы продолжали находиться в зоне «Region 1» — то есть транзистор полностью не открылся, и его всё ещё можно было использовать в качестве сопротивления; 2. Нелинейный характер изменения сопротивления канала, при разных напряжениях — приводит к искажениям, что может быть чревато в случае работы с перемен- ным аналоговым сигналом (например, звуком); 3. Если напряжение на затворе и напряжение на канале постоянны, а мы продол- жаем находиться в зоне «Region 1» — то, по сути, мы имеем переменный рези- стор, управляемый напряжением (с множеством настраиваемых значений сопро-
тивления, в пределах некоторого диапазона), который: ■ в общем случае годится для использования в роли переменного резистора для постоянных токов; ■ Может даже быть применён в качестве переменного резистора — даже для пе- ременных токов, только тут уже нужны хитрости (о них ниже). Однако, насколько мне удалось понять, если взять специализированные транзи- сторы, то можно добиваться довольно больших диапазонов изменения сопротивле- ний: например, в указанной статье от Siliconix, рекомендуется брать для этого транзисторы, которые позволяют менять сопротивление в следующих диапазонах: VCR2N VCR4N VCR7N 20...60 Ом; 200...600 Ом; 4 ком... 8 кОм. А теперь, из интересного: выше мы поняли, что при каждом фиксированном зна- чении напряжения на затворе и на канале сток-исток — мы, по сути, имеем на кривой точку, на которой сопротивление стабильно. А как подобного достичь при переменном токе на канале сток-исток? Для этого, насколько я их понимаю, они предлагают использовать следующий ход: подать некоторую часть плюсового напряжения со стока — на затвор, через резисторный делитель напряжения (R2/R3) • таким образом, при росте напряжения на канале сток-сток — часть положительного напряжения подаётся на затвор, а это, в свою очередь, делает его напряжение менее отрицательным, то есть — ре- зистор приоткрывается, как бы пропуская больше тока; в обратном случае, — со- противление увеличивается, вслед за падением величины напряжения на канале сток-исток... Таким образом, получается, что сопротивление канала как бы автоматически «гуляет», оставаясь для переменного тока практически постоянным: VCR Linearization OUT R2 = R3-<- lOdns Rioaa Ri) Что в результате можно достичь? Ну, по крайней мере, как они заявляют — при стандартном варианте (без обратной связи) искажения сигнала при переменном токе превысят 8%, тогда как с описанным выше «лайфхаком» (обратная связь че- рез резисторный делитель) — составят менее 0,5%: In Figures 8 and 9. the same VCR FET characteristics are shown, with Yes adjusted for higher ids- No feedback network is employed in Figure 8. and measured distortion is greater than 8%. In Figure 9. the feedback resistors have been added and distortion has been reduced to less than 0.5%.
Интересная информация, есть о чём подумать... По крайней мере, быстродействие транзисторов, как элементарного кирпичика, возможно, может быть интересным в тех применениях, где требуется именно ско- рость в сочетании с сопротивлением... Однако в жизни, оно, как правило, всё гораздо прозаичнее — требуется просто резистор, просто определённого номинала! Причём, заранее не знаешь, какого именно (есть только некоторые предположе- ния) . Для таких случаев есть более простая предсказуемая альтернатива — своеоб- разный класс устройств, представляющий собой целый массив дискретных резисто- ров (расположенных в едином корпусе), чётко определённых номиналов, которые можно переключать с помощью специального внешнего управляющего сигнала, уве- личивая/уменьшая номинал подключенного резистора, с определённым шагом. Они называются «цифровые потенциометры» или «цифровые управляемые потенцио- метры» (Digitally Controlled Potentiometer), где, в самом простом варианте (можно даже сказать, что исторически более ранним), является, например, ли- нейка подобных устройств3, серии Х9С... от компании Reneseas: Х9С102, Х9С103, Х9С104, Х9С503 (8LDS0IC, 8LDPDIP) TOP VIEW Z3 vCc ID cs U VL/RL 1 Vyy/R^y Как можно видеть по картинке выше, микросхема содержит трёхпроводной управ- ляющий интерфейс, состоящий из выводов: ■ CS (Chip Select — уровень LOW на этом выводе — означает активацию чипа для программирования, т.е. приращения/убавления сопротивления; в обычном режи- ме микросхема работает как сопротивление и на этом выводе должен быть ус- тановлен уровень HIGH); ■ U/D (т.е. UP/DOWN) — выбор направления: будем сейчас прибавлять или убав- лять сопротивление: где уровень LOW означает, соответственно, намерение убавлять сопротивление, а уровень HIGH — прибавлять сопротивление. Интересный нюанс: как они пишут, что это направление может быть изменено (насколько я понимаю, подразумевается что неоднократно) после активации чипа для программирования (т.е. перевода вывода CS из HIGH в LOW) — чтобы после активации можно было не только начинать перемещение ползунка в нужном направ- лении, но ещё и менять это направление в процессе, где при этом, так как всё происходит «на живую» — можно сразу понять (не выходя из режима программиро- вания) , подходит ли это конкретное выбранное сопротивление для вашего случая. ■ INC (т.е. Increment/Decrement) — приращение/уменьшение сопротивления, с шагом в 1): для такого перехода нужен «импульс», который будет считаться 1 шагом (в выбранном с помощью вывода U/D направлении) — в качестве такого «импульса» считается один переход на этом выводе с уровня HIGH в уровень LOW. INC I U/D □ VH/RH □ Vssd 1 2 3 4 8 7 6 5 3 https://www.vishay.com/docs/70598/70598.pdf
Выбранное в результате программирования положение «ползунка» сопротивления сохраняется в энергонезависимой памяти (при каждом переходе вывода CS из по- ложения LOW в HIGH, т.е. выходе из режима программирования) и восстанавлива- ется после пропадания/появления питания. Кроме описанных выводов, микросхема содержит ещё и выводы, обозначенные как RH/VH RL/VL — это эквиваленты крайних выводов механического переменного рези- стора, и вывод RW/VW — эквивалент среднего вывода, того же механического пе- ременного резистора. Как мы видим по ссылке выше, линейка моделей позволяет менять сопротивление подобных резисторов до разных величин (0..х), в зависимости от модели: ■ Х9С102 = 1 кОм; ■ Х9С103 = 10 кОм; ■ Х9С503 = 50 кОм; ■ Х9С104 = 100 кОм. Массивы резисторов этих моделей содержат по 99 резисторов и 100 положений «ползунка» (0 положение означает отсутствие сопротивления, т.е. ток идёт сво- бодно) . Где при этом, если мы обратимся к таблице на пятой странице даташита по ссылке выше, то мы увидим, что переключение одного шага происходит за время в 100 микросекунд (а период импульса команды INC может составлять 2 микросекун- ды) : w5> tcYC ШС to Vw (<RW Change INC Cyde Time 2 100 MS MS А в ходе одного шага, сопротивление меняется на 1%, с относительной ошибкой в выставленном сопротивлении, в размере плюс/минус 0,2 от одного шага: Resolution 1 % Relative Linearity (Note 4) Vw(n ♦ 1XACTUAL) " [^W(n) ♦ Ml] -02 ♦02 Ml (Note 5) Нюанс: изменение сопротивлений происходит пошагово, то есть, тут нельзя пе- рескочить сразу, например, с 1 на 97 позицию — надо перебрать все подряд — сам интерфейс управления просто не позволяет этого (как мы видели выше, когда изучали его выводы)... Но есть и более современные варианты! Которые дают возможность не только перескакивать позиции, но и гораздо большего количества шагов — например, это относится к серии микросхем цифровых потенциометров AD291/AD52924 от компании Analog Devices: они имеют более современный интерфейс подключения (SPI), под- держивают до 1024 шагов, с максимальным сопротивлением в 20, 50, 100 кОм. Некий нюанс только заключается в том, что у них — энергонезависимая память прожигаемого типа и выбранное значение может быть сохранено только лишь до 20 раз. Впрочем, если сохранять не нужно, то, без задействования энергонезависимой памяти, менять значение сопротивления можно сколько угодно раз... При этом, переключения этого типа микросхемы занимают гораздо меньшее время — в обычном режиме: 0,75 микросекунды, а в режиме высокой точности — 2,5 мик- росекунды : 4 https://static.chipdip.ru/lib/166/DOC011166865.pdf
V» Settling Time X: V* - 30V.VB-0V.tO5LS8error band, initial code - zeto scale, board capacitance - 170 pf Code = full-scale, normal mode Code = full-scale, R-Perf mode Code - half-scale, nof mal mode 750 15 ns W us Где при этом, подразумевается, что обычный режим позволяет выставлять со- противления с ошибкой в плюс/минус 7%, тогда как в режиме высокой точности — максимальная ошибка в выставлении сопротивления не превышает 1%: Parameter Nominal Resistor Toieraoce :R-Perf ModeH Nominal Revstor Tolerance iNormaJ Mode) Symbol AfWFW ДОм/Ru Conditions See Table 2. Table 3 Mln Тур1 Мдж -1 i0.5 *l t7 Unit 4 Таким образом, подытоживая, мы видим, что даже, казалось бы, такая простая субстанция как сопротивление — тоже таит в себе ряд интересных вариантов, ко- торые, при желании, вполне могут быть применены!
Разное ПЕРЕМЕННЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ ...Начиная с момента открытия конденсатора, которое (предположительно) про- изошло в 1745 году, когда он был открыт голландским учёным Питером Ван Мушен- бруком, человечество получило возможность впервые в истории целенаправленно накапливать и использовать электричество, что, в свою очередь, ускорило ход истории в этой области — и первый конденсатор получил название «Лейденской банки», так как, собственно, это и была банка — оклеенная снаружи и внутри фольгой и имеющая центральный изолированный электрод (изолированный с помощью прохождения через токонепроводящую крышку банки), соединённый с фольгой, на- клеенной на внутреннюю поверхность банки:
Лейденская банка позволяла накапливать статический заряд, полученный, на- пример, с помощью натирания некоего предмета шерстью, с последующим касанием центрального электрода. В дальнейшем, учёные стали экспериментировать и с соединением подобных ба- нок в различные схемы: И даже с использованием их в генераторах разного рода, для осуществления зарядки, механическим быстрым способом, например, с применением «электрофор- ных машин» (и не только): Современные реализации которых1 (по тем же самым конструкциям) впечатляют своим эффектом и по сей день (например, ниже показан вариант безсекторного генератора, разработки (1893 г.) французского изобретателя Бонетти, который мог выдавать гораздо более мощные и длинные разряды, чем стандартная электро- форная машина разработки Вимшурста(Уимсхёрста): 1 https://valeriysirenko.ru/elektrostaticheskie-mashiny/
В дальнейшем, развитие конденсаторов и их теории привело ко множеству по- следствий, где, пожалуй, самым любимым из всех, у меня является использование принципа конденсатора для создания роботов, «прилипающих» к вертикальным по- верхностям, например, стенам — обычно они выполняются с гусеничным приводом, где экспериментальные хобби- и лабораторные образцы исполнения гусениц пред- ставляют собой обычную кулинарную фольгу, покрытую прозрачным скотчем с одной стороны — обращенной к стене. Таким образом, если теперь подать на подобную гусеницу высокое напряжение — возникнет принцип конденсатора, то есть, перераспределение зарядов противопо- ложного знака на поверхности стены, в результате чего, появится довольно су- щественная сила, притягивающая гусеницу к стене и, соответственно, удерживаю- щая робота2. Однако это было некоторое отступление, так как в рамках нашего рассмотрения нам интереснее другое — XIX век явился временем, когда активно начала разви- ваться радиосвязь, появилась теория колебательного контура: ■/ 11 СТ V Т Т Где стало понятно, что в рамках колебательного контура можно менять для достижения резонанса (т.е. подстройки на нужную частоту) либо параметры ка- тушки , либо параметры конденсатора — и, на практике оказалось, что менять па- раметры конденсатора гораздо проще и легче — и эта новая возможность стартует с момента разработки (1892 г.) венгерским изобретателем Дежо Корда (Dezso Когda), так называемого «воздушного переменного конденсатора», представляюще- го собой два блока пластин, где один из них был установлен стационарно, а другой мог поворачиваться относительно первого, а все пластины были располо- жены на маленьком расстоянии друг от друга, параллельно: 2 https://www.youtube.com/watch?v=I4DHfNtZGts
Ёмкость подобного конденсатора в типичном случае изменялась от единиц до сотен пикофарад, где: ■ выдвигание пластин уменьшало ёмкость (ниже — 29 пФ): ■ вдвигание, соответственно, — увеличивало (ниже — 520 пФ): Однако, глядя на этот конденсатор становится очевидна и его, пожалуй, ос- новная отрицательная сторона — крайне большие габариты!* Кроме того, под- стройка такого конденсатора может производиться только либо вручную, либо, установкой некоего механического «вращателя» — электродвигателя какого-либо типа. Тут надо только оговориться, что конденсаторы подобного рода не обязательно должны быть выполнены в каноническом виде, показанном на фотографии выше — они могли быть выполнены и гораздо более компактными, керамическими, что, тем не менее не отменяло их сути — потребность в механическом вращении и относи- тельно большие габариты (рис. ниже) Кстати говоря, именно показанные выше относительно маленькие конденсаторы и предлагалось использовать (если память не изменяет) в одной из советских книг.
Понятно, что долго так продолжаться не могло, и, примерно в 1960-е годы, в связи с тенденцией ко всё более масштабному переходу на полупроводниковые компоненты, изменения затронули и конденсаторы подобного рода — они (в подав- ляющем большинстве применений) были заменены на полупроводниковый, более со- временный аналог рассмотренных механических переменных конденсаторов, полу- чивший название «варикап»-ы (от англ. VARIable CAPacitance — переменная ём- кость) . До объяснения принципа работы варикапа, следует сказать, что, когда я раз- бирался с этой темой, мне пришлось ознакомиться с рядом книг (они приведены ниже после статьи), где, как правило, очень наукообразным и тяжелым языком описано, как это всё работает... Тем не менее, как мне кажется, я уловил самую суть, «старательно запрятанную» за наукообразными формулировками! Итак... Если мы обратимся к классическому объяснению электронно-дырочной проводимо- сти в твёрдых телах, то мы узнаем, что бывают такие тела, которые могут со- держать относительный избыток свободных носителей заряда — электронов (обо- значаются такие тела обычно буквой n-negative), где в противовес им, сущест- вуют иные тела, которые могут содержать избыток атомов (обозначаются такие тела обычно буквой р-positive), потерявших электрон, где такое место называ- ется «дыркой» (ниже картинка просто как пример): Электронов: 1 © Протонов: 2 Д Нейтронов: 2^ -^\ Электронная / >С" ДыРка ( 88 ] Ион гелия Не+ заряд +1
Теперь, если эти два тела плотно соединить друг с другом, например, с помо- щью вплавления одного в другого, вакуумного напыления и т.д. — то между ними начнётся диффузный ток, то есть, электроны из близлежащей к зоне контакта об- ласти начнут перетекать в ту сторону, где наличествует их недостаток — то есть, там есть много дырок. В результате, после прохождения подобного диффузного тока, образуется спе- цифическая зона (р-n переход) , где в позитивной области (р) — самый край в зоне контакта будет заряжен отрицательно, и, в противовес ему, в негативной области (п) — зона контакта будет заряжена положительно из-за утери электро- нов : Ообласть пространственного Нейтральная заряда область 05 5 со * °-^ <-> 1Ш j Ш с; s I 05 О с; Нейтральная область Дырки р-легирование Диффузионный градиент для - дырок Электростатическая сила для электронов Электрическое поле Электроны п-легирование X Диффузионный - градиент для электронов Электростатическая сила для дырок Другими словами, — в зоне контакта образуется классический двойной электри- ческий слой (плюс/минус — т.е. конденсатор!). А теперь, самое интересное: по сути своей, варикап представляет собой обыч- ный диод (ну почти), который свободно пропустит постоянный ток, если его про- пускать в прямом направлении (минус подключить к зоне п, плюс подключить к зоне р). Но всё кардинально меняется, если разность потенциалов на варикап подать «шиворот навыворот» (как говорят, в обратном направлении) — минус подключить к зоне р, плюс подключить к зоне п: он не будет пропускать ток (естественно), но, произойдёт очень интересная вещь — чем большую разность потенциалов мы приложим — тем сильнее каждую часть двойного электрического слоя начнёт при- тягивать в свою сторону: зону дырок — к отрицательному потенциалу, а зону электронов — к положительному потенциалу, соответственно, будет падать и объ- ём конденсатора! Справедливо и обратное — чем меньшая величина разности потенциалов приложе- на извне, тем больше будет увеличиваться объём конденсатора, вплоть до макси- мально возможного, так как концентрация элементов на стыке (в зоне двойного электрического слоя) увеличится. Собственно, эта мысль и изложена на картинке ниже из литературы, где они, насколько я понимаю, пошли ещё глубже — показали, что из-за растягивания р-п зоны перехода вглубь своих объектов — происходит как бы падение концентрации (падает ёмкость) в зоне стыка, что и показано на картинках ниже!
Насколько я понимаю, это очень тонкий момент и об этом обычно в книгах во- обще не говорят, но, это вполне логично и, к тому же, хорошо показано на кар- тинках ниже, как разные толщины двойного электрического слоя (на картинках За и 4а) : р _ - - - 1 • . _ . . • - - - - - - • — - - • • • • ™ ' ■ ■ ■ ■ —^—— ^* ■ ■ Ч ♦ ♦ <♦ + ♦ ♦ + «♦ ♦ ♦ * «♦ ♦ ♦ •♦ <♦ .♦ 44* Л | ♦ ♦ ♦ .♦ + ♦ f» 4444 ♦>444 Рис. 3. Действие обратного на- пряжения иа р-п переход. а — двойной слоА зарядов в р-л пере- ходе; б — изменение потенциала ф вдоль перехода; Кк + [/обр — высота потенциального барьера между обла- стями р ил; в — плотность объемно** го заряда р; d — толщина р-я перехода. К 1 ^ [*~с — £~—1 + U L _ _ __ *^_ Рис. 4. Действие прямого на- пряжения на р-п переход. а — двойной слой зарядов в р-п л е-» реходе; б — изменение потенциала ф вдоль перехода; UH—UUJ) — вы- сота потенциального барьера меж- ду областями р и л; б — плотность объемного заряда р; d —толщи- на р-л перехода. При этом, подобное увеличение разницы потенциалов не может быть бесконечным — при определённом его значении происходит пробой, поэтому, различают рабочее напряжение и пробойное, отличающиеся для разных конкретных типов варикапов... Таблица ниже даёт некоторое ориентировочное понимание, какие ёмкости могут быть достигнуты с помощью каких напряжений на имевшихся в прошлом варикапах (данные довольно старенькие, и их можно рассматривать только для общего озна- комления, так как сейчас, наверняка есть и более современные варианты):
ЗАВИСИМОСТЬ ЕМКОСТИ НЕКОТОРЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ДИОДОВ ОТ ПОСТОЯННОГО ЗАПИРАЮЩЕГО НАПРЯЖЕНИЯ (емкость в пикофарадах) Тип диода Д1 Д2Б ДГ-Ц27 Д202 Д231 Д810 Д813 Д815 Д816 Д817 Напряжение, в 0 3,4 1,45 80 78 980 400 370 680 620 570 0.1 1 0,3 1,6 0,6 52 75 900 330 320 630 580 520 1,1 0,5 42 72 830 280 250 570 530 470 0,6 0.8 0,4 35 64 780 260 220 520 480 400 1.5 0,6 0,35 26 56 740 230 210 470 420 350 5.0 1 15 0,58 0,3 10 42 700 120 100 420 370 300 0,55 0,25 7 27 650 — — — 320 260 40 I 60 0.45 0,21 5 10 600 — — — — 220 570 Варикапы можно применять для множества целей, где управляющие схемы на них обладают очень большим сопротивлением (читай «потребляют исчезающе малое ко- личество тока для управления» — что может быть важным для автоматики разного рода, так как при прикладывании обратного смещения к варикапу, ток практиче- ски не течёт), могут работать на очень больших частотах вплоть до ГГц, и на них может быть собрано довольно большое количество схем — от ёмкостных усили- телей, до настраиваемых колебательных контуров и не только — где довольно большое количество схем можно найти, например, в книге А.Г. Черкашина — «Эле- менты автоматики на варикапах». Использованная литература (в том числе): 1. Л.С. Берман — «Варикапы»; 2 . А.Г. Черкашин — «Элементы автоматики на варикапах».