Как известно, барометрическое нивелирование основывается на зависимости атмосферного давления воздуха от высоты точки над уровнем моря56. Эту зависимость выявил в 1647 г. Б. Паскаль - знаменитый французский математик и физик. Позже швейцарский ученый Ж. Делюк нашел, что определения высот по показаниям атмосферного давления оказываются «несогласными» с тригонометрическими определениями и вывел формулу связи между высотой точки и показаниями барометра. Эта формула была в разное время усовершенствована французом П. Лапласом, немцем Ф.В. Бесселем и др.57
В России барометрическое нивелирование было впервые применено в конце XVIII в. для определения высот астрономических пунктов58. Сущность барометрического метода определения высот в отечественной литературе, пожалуй, впервые достаточно подробно была изложена Д.П. Болотовым в его капитальном труде «Геодезия...»59, а позже В.В. Витковским в его «Топографии»60.
Этот метод, уступая по точности тригонометрическому и геометрическому, успешно применялся в XIX в. русскими географами, естествоиспытателями и путешественниками во время экспедиций в малоизвестные районы нашей и сопредельных стран. Особенно эффективно барометрический метод применялся генерал-майором М.В. Певцовым - видным военным географом и путешественником61. В своих экспедициях по Сибири, Китаю и Монголии он пользовался барометрами двух типов: постоянного Фортэня, который оставался на базовой стоянке с уверенно определенной высотой, и переносным Паррота, с помощью которого проводились наблюдения атмосферного давления в разных местах по маршруту следования. Оба барометра и находящиеся при них термометры Реомюра до и после окончания экспедиции тщательно сравнивались между собой в результате многочисленных одновременных наблюдений. Термометры также сравнивались с эталонным термометром какой-либо ближайшей метеорологической станции.
Вычисления высот выполнялись по формуле и таблицам выдающегося русского ученого Д.И. Менделеева62. В 1873 г. им был сконструирован, а в 1874 г. изготовлен механиком Г.К. Брауэром так называемый дифференциальный барометр (высотомер), предназначенный для определения превышений63. За эту работу Д.И. Менделееву была присуждена медаль на Парижской географической выставке в 1875 г.64 Обстоятельная монография Д.И. Менделеева «О барометрическом нивелировании и применение для него высотомера»65 была опубликована в 1876 г.
В том же году была совершена первая военно-географическая экспедиция с участием М.В. Певцова в Джунгарию (Китай). В этом и в других последующих путешествиях он пришел к важному выводу, что исследование малообжитых и отдаленных районов в гипсометрическом отношении не может быть основано только на пунктах, высоты которых определяются точными методами. Учитывая слабую астрономо-геодезическую обеспеченность этих районов, а также существенные временные затраты на инструментальные нивелировки, рассчитывать на скорое получение большого количества высот указанными методами не приходилось. Успешно решить эту задачу в то время можно было только с использованием барометрического нивелирования - не так точно, зато быстро и с большим площадным охватом, как рекомендовал выполнять съемки в свое время И.К. Кирилов. Правда, особой надежностью определения высот этим методом не отличались: вследствие несовершенства используемых методик там, где высоты для рисовки рельефа горизонталями определялись вначале с помощью барометра, затем передавались и сгущались кипрегелем, невязки по высотам достигали иногда до 40 м и более66. Однако такие определения для создания географических карт малоизученных районов были зачастую единственно возможными и оправданными.
По оценке М.В. Певцова, кроме орографических целей, указанный метод определения высот мог быть с большой пользой применен «при предварительных изысканиях направлений новых железных и шоссейных дорог, оросительных и судоходных каналов, а также составлении геологических разрезов и т. п.». Он мог в значительной степени ускорить и удешевить «также изыскания, не требующие строгой точности...»67.
М.В. Певцов внес весомый вклад в дело повышения точности барометрического нивелирования68, проанализировал практически все его разновидности, вывел упрощенные рабочие формулы, составил специальные таблицы, облегчающие процесс обработки результатов наблюдений. Например, рассматривая способ одновременных наблюдений, он пришел к выводу, что последний дает удовлетворительные результаты только для точек, отстоящих не далее 55 верст от временной станции и разнящихся с ней по высоте не более чем на полверсты. При нивелировании больших и малых площадей он рекомендовал определять атмосферное давление не анероидом или ртутным барометром, а дифференциальным барометром Д.И. Менделеева. Обобщенные результаты исследований М.В. Певцова по барометрическому нивелированию нашли отражение в соответствующей инструкции, вышедшей в свет в 1896 г.69
Работы генерал-майора М.В. Певцова по барометрическому нивелированию представляли большую научно-практическую ценность и поэтому нашли широкое применение в нашей стране в более позднее время, на качественно новом уровне. Так, в первой половине XX в. для проведения барометрического нивелирования были сконструированы новые более совершенные приборы и разработаны соответствующие методики. Составление географических карт отдаленных территорий и особенно районов Заполярья стало возможным, отчасти, благодаря широкому применению барометрического нивелирования. В Арктике, например, высоты ряда геодезических пунктов были определены методом барометрического нивелирования по наблюдениям, проведенным на борту самолета. Таким образом, многие основные теоретические положения, разработанные военным географом и астрономом М.В. Певцовым, надолго сохранили свое практическое значение70.
Примечания
56. Давление можно было вычислить и по температуре кипения воды с помощью гипсотермометров, которые отличаются от обычных тем, что по ним можно определить только максимальные и минимальные значения температуры. Подогрев до кипения дистиллированной или дождевой воды осуществляется в небольшом сосуде. Для определения соотношений между кипением воды и атмосферным давлением имеются специальные таблицы. Гипсометры удобны для путешествий, поскольку легче, чем ртутные барометры, но по точности они хуже /Витковский В.В. 1940. С. 549-553/.
57. Витковский В.В. Указ. соч. С. 529-530.
58. Папковский П.П. Указ. соч. С. 115.
59. Болотов АЛ. 1836.
60. Витковский В.В. 1904.
61. Сергеев С.В., Долгов Е.И. Указ. соч. С. 513.
62. Селиханович В.Г. 1956. С. 13.
63. Менделеев Д.[И.]. 1873. С. 296-301.
64. Хренов Л.С. Указ. соч. С. 140.
65. Менделеев [Д.И.]. 1876.
66. Папковский П.П. Указ. соч. С. 135.
67. Певцов М.В. 1896. С. 2.
68. М.В. Певцов выполнил анализ источников ошибок и разработал предложения по уменьшению их влияния на точность результатов определений. На основе обработки большого количества наблюдений, сделанных как лично им, так и другими исследователями, он пришел к выводу, что главным источником грубых ошибок, обнаруживаемых даже в малых разностях высот отдаленных пунктов, является так называемое неравновесие атмосферы /М.В. Певцов. 1896. С. 2/.
69. Певцов М.В. Инструкция... 1896.
70. Селиханович В.Г. 1956. С. 45-48.